Nejdelší chodba v největším středisku ESA se proměnila v testovací místo pro jednu z nejambicióznějších plánovaných kosmických misí Proba-3. Dvě družice tvořící tuto misi se totiž „seřadí“ tak, že jedna bude na druhou vrhat stín – a tím vytvoří umělé zatmění Slunce, což pomůže při studiu dosud tajemných vnitřních oblastí sluneční atmosféry. Ovšem takto přesný let ve formaci je možný pouze skrze komplikovaný systém senzorů, který dovolí jedné družici „uzamknout“ se za druhou.
Pár družic Proba-3 poletí v nominální vzdálenosti 144 m od sebe, což dovolí provádět koronální pozorování. Během manévrů, při nichž bude docházet ke změně konfigurace, se tato vzdálenost bude měnit v rozmezí 25 až 250 metrů.
Testování tohoto systému bylo možné díky technickému středisku ESA ESTEC v nizozemském Noordwijku, kde k němu využili 230 metrů dlouhou hlavní chodbu. Ta propojuje projektové kanceláře s technickými laboratořemi a testovacím střediskem družic.
Světla byla ztlumena a výstavní vitríny odstraněny, aby mohly zkušební verze kamer pozorovat letovému exempláři podobný cíl nesoucí LED displeje na druhé straně chodby.
„Systém založený na pozorování viditelného spektra je způsobem toho, kterak obě družice přivést do správné formace. Tu je pak nutné obnovit vždy jednou za oblet Země,“ vysvětluje projektový manažer mise Proba-3 v ESA Damien Galano.
„Systém je navržený tak, aby se pár družic navzájem nalezl a určil svoji relativní pozici s přesností několika milimetrů, a to v rozpětí vzdáleností 20 až 250 m. Proto jsme potřebovali opravdu dlouhý prostor, abychom jej mohli otestovat – a vnitřní prostor je mnohem lépe řiditelný než vnější, kde nastavení ovlivňuje vítr a další vlivy.“
Misi Proba-3 s plánovaným startem v roce 2023 budou tvořit dvě jeden metr velké družice, které se srovnají tak, že Stínidlo (Occulter) bude blokovat svítící sluneční kotouč pro druhou nazvanou Koronograf (Coronagraph). To dopřeje výzkumníkům neustálý pohled na vnitřní vrstvy sluneční atmosféry (korony), která je normálně skrytá zásluhou intenzivního záření. Výjimkou jsou krátká sluneční zatmění.
„Dvojice družic bude létat společně na protáhlé nebo vysoce eliptické dráze s dobou oběhu 19,6 hodiny,“ vysvětluje systémový inženýr mise Proba-3 Raphael Rougeot.
„Aktivní let ve formaci po celou dobu oběhu by bylo nepraktické udržovat. Namísto toho poletí družice ve formaci zhruba šest hodin ve výšce 60 tisíc kilometrů, tedy kolem apogea oběžné dráhy. Po zbytek času zaujmou vůči sobě polohu volného letu na relativní trajektorii, což je důležité pro bezpečnost mise. Následně po průletu nejnižším bodem dráhy, tedy perigeem, opět musí zaujmout správnou polohu.“
Na palubě družice Occulter bude sada kamer, které budou hledat pulzující LED na sesterské satelitu Coronagraph: jedna je v každém rohu plus menší čtvercový útvar na pravé straně. To umožní určit orientaci družice a dovolí provádět operace ve vzájemné blízkosti.
Raphael Rougeot k tomu dodává: „Potřebné jsou dvě kamery s různými úhly pohledu. První kamera má šíři záběru 15 stupňů a slouží hlavně k vyhledání družice Coronagraph. Druhá má mnohem užší úhel záběru ovšem poskytuje nezbytnou milimetrovou přesnost. Další senzor pak dovoluje synchronizaci akvizice snímků s pulzy LED. Podobně přesná synchronizace – až na úroveň deseti milióntin sekundy – je důležitá, neboť jinak by se světlo z LED mohlo ztratit v rušivém odrazu Slunce na koronografu nebo na jasné Zemi v pozadí. Navíc budou mít kamery i filtr optimalizovaný pro blízké infračervené LED světlo.“
Testování kamerového systému a čtvercového zaměřovacího cíle z LED bylo prováděno ve třicetimetrových intervalech po celé délce chodby, přičemž bylo dosaženo slibných výsledků. Aby bylo simulováno sluneční světlo, byla použita speciální lampa s odpovídajícím spektrálním složením světla. Lampa byla nastavena v optické laboratoři ESTECu, aby dodala platné výstupy.
Následně byla menší verze cíle LED umístěna na robotické rameno na kolejnicích v simulátoru GRALS (Guidance Navigation and Control Rendezvous, Approach and Landing Simulator) v ESTECu. Celkem 33 metrů dlouhé zařízení je používáno k simulování blízkých přiblížení, setkávání a spojování kosmických objektů.
Technik navigace a řízení mise Proba-3 Jonathan Grzymisch vysvětluje: „Robotické rameno pohybovalo s LED cílem podle předprogramovaného algoritmu, což sledovaly kamery. Software pak průběžně počítal relativní dynamickou trajektorii. To nám umožnilo charakterizovat chování senzoru na deterministicky dynamickém základě. Oba testy proběhly dobře, a to i díky spolupráci se správou objektů v ESTECu a odpovídajícími technickými sekcemi.“
Vizuální senzorový systém mise Proba-3 byl vyvinutý Dánskou technickou univerzitou (DTU). Kvůli omezením s pandemií COVID-19 nemohl být její tým přítomný na místě, ale testování zajišťoval na dálku, zatímco technici ESA připravili a provedli test.
Další informace jsou k dispozici na portálu Evropské kosmické agentury (ESA).
