Polski instrument GLOWS do obserwacji wiatru słonecznego przeszedł pomyślnie wszystkie testy i jest już zamontowany na satelicie NASA. Ostatnie kontrole „funkcji życiowych” aparatu odbyły się na kilka dni przed wrześniowym startem.
Polski instrument GLOWS (GLObal solar Wind Structure, z ang. globalna struktura wiatru słonecznego) został zaprojektowany i zbudowany w Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN). Będzie częścią misji IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe), prowadzonej przez NASA. Zaplanowany na wtorek na godz. 13.32 start sondy Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) z należącego do NASA Centrum Kosmicznego Kennedy’ego (KNC) na Florydzie w USA został przełożony o dobę. Misja IMAP wystartuje z Centrum Kosmicznego im. Kennedy’ego na Florydzie (USA).
Jak tłumaczył w rozmowie z PAP inż. Jakub Mądry z CBK PAN, wytrzymałość i działanie fotometru wielokrotnie sprawdzano w Polsce i USA. W kraju wykonano m.in. próby środowiskowe, w tym – w komorze termicznej – i testy oprogramowania. Kalibracja aparatu odbyła się w Niemczech, w Centrum Helmholtza w Berlinie ds. Materiałów i Energii (Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie).
Ekspert opisał, że w komorze termicznej GLOWS przechodził cykle nagrzewania i chłodzenia; sprawdzano też, jak instrument działa w ekstremalnych temperaturach: od minus 30 do plus 50 st. C. – W termicznie osłoniętym statku kosmicznym aparat będzie się znajdował w temperaturze od minus 5 do plus 25 st. C. IMAP-owi będzie więc zimno w przestrzeni kosmicznej, ale GLOWS będzie pod kocem termicznym (izolacja MLI, Multi-Layer Insulation), w temperaturach nie tak dalekich od tych, których doświadczali Polacy tej zimy i lata – opowiadał Jakub Mądry.
Dodał, że aparat pomyślnie przeszedł również testy wibracyjne. – Sprawdzenie, jak zachowuje się pod wpływem wibracji, jest konieczne, bo rakieta w pewnych fazach lotu wpada w drgania, na przykład, gdy podczas startu przechodzi przez atmosferę. Firma, która świadczy usługi wynoszenia ładunków na orbitę – w naszym przypadku to SpaceX – podaje zakresy częstotliwości tych drgań, żeby można było sprawdzić, czy instrument lub statek kosmiczny je wytrzymają – wyjaśnił rozmówca PAP. Opisał, że podczas tych testów GLOWS był przymocowany do urządzenia, które wprowadzało go w wibracje i wstrząsy.
Po testach krajowych Polacy przekazali instrument do Laboratorium Fizyki Stosowanej (Applied Physics Laboratory, APL) Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore (stan Maryland, USA), który wyprodukował IMAP i jest odpowiedzialny za integrację z nim aparatury badawczej. GLOWS został zamontowany w statku we wrześniu 2024 r. Zespół odpowiedzialny za satelitę przeprowadził własną fazę I&T (integration and testing, z ang. integracji i testów) z polskim instrumentem i pozostałymi dziewięcioma, które znajdą się na pokładzie orbitera.
– Sprawdzano tam m.in., czy GLOWS poprawnie komunikuje się z IMAP-em, na przykład czy odbiera kluczowe informacje o orientacji statku w przestrzeni kosmicznej, czasie na pokładzie i czy reaguje na autonomicznie wysyłane polecenia. Były też testy wibracyjne i termiczno-próżniowe, podczas których włączano instrumenty i badano ich pracę w trybach operacyjnym i awaryjnym. Testowano też, czy podłączenia aparatów do wiązek elektrycznych są zgodne ze specyfikacją i bezpieczne – wyjaśnił ekspert.
Dodał, że przedstawiciele CBK PAN i Amerykanie testowali też „funkcje życiowe” instrumentu, czyli jego działanie (m.in. zasilanie i komunikację), kiedy był już zainstalowany w satelicie.
Statek IMAP wraz z częścią zainstalowanych w nim instrumentów (w tym GLOWS) był przewożony między różnymi placówkami testowymi w stanach Maryland i Alabama. Ostatecznie trafił do laboratoriów firmy Astrotech na Florydzie, zaraz obok pola startowego w Centrum Kosmicznym Kennedy’ego.
– IMAP był przewożony po kilkaset kilometrów. Orbiter jechał na niskopodłogowej lawecie wieloosiowej w specjalnie zaprojektowanym kontenerze. – To bardzo duża skrzynia zapewniająca sterylne warunki – takie, jakie panują w laboratoriach, w których instrumenty były budowane i testowane. Przyrządy wysyłane na orbitę nie mogą być bowiem zanieczyszczone nawet najdrobniejszym pyłkiem, by działały prawidłowo – tłumaczył.
Jednocześnie specjaliści weryfikowali oprogramowanie aparatury, by spełnić wyśrubowane kryteria misji dotyczące m.in. bezpieczeństwa, przepustowości danych, zgodności protokołów. W testach uczestniczyły wyspecjalizowane zespoły: Centrum Operacyjne Ładunków (Payload Operations Center) na Uniwersytecie Boulder (Kolorado), Mission Operations Center w Laboratory for Atmospheric and Solar Physics (LASP) Uniwersytetu Boulder oraz APL.
Przed startem GLOWS i pozostałe instrumenty na IMAP będą jeszcze kilka razy kontrolnie uruchamiane. – Dwa z tych testów sprawdzających „funkcje życiowe” naszego GLOWS-a odbędą się kilka dni przed startem – zapowiedział inżynier, który będzie uczestniczył w tych pracach.
Uruchamianie polskiego fotometru w kosmosie będzie przebiegało kilkuetapowo, podczas ok. trzy-czteromiesięcznego lotu do miejsca, w którym GLOWS ma prowadzić obserwacje. – W trakcie transferu do punktu Lagrange’a L1, oddalonego od Ziemi o ok. 1,5 mln km, będą organizowane okna łączności, w których zespoły będą mogły komunikować się z instrumentem, włączą go i skonfigurują. Potem pozostawią go w stanie działania demonstracyjnego na ok. 8 tygodni – zapowiedział pracownik CBK PAN. Ta faza uruchamiania (ang. commissioning phase) dla polskiego instrumentu rozpocznie się 11 listopada.
– Z perspektywy polskiego zespołu wszystko jest gotowe do startu. Nie widzimy żadnych przeszkód ze strony naszego instrumentu, żeby rakieta wystartowała w terminie – podsumował inż. Jakub Mądry, który pracuje nad GLOWS od ok. czterech lat.
Misja IMAP ma potrwać dwa lata, jednak zespół naukowy projektu GLOWS liczy na to, że zostanie przedłużona nawet do dekady. Struktura wiatru słonecznego, którą ma dokumentować polski instrument, zależy bowiem m.in. od aktywności Słońca, a ta zmienia się w 11-letnich cyklach.
Prof. McComas: także dzięki Polakom heliosferę zbadamy w sposób całościowy
NASA przygotowuje szeroko zakrojoną misję badania okolicy Słońca – IMAP. Jeden z instrumentów naukowych przygotował zespół z CBK PAN. Dzięki badaniom wiatru słonecznego i heliosfery zdobywamy fundamentalną wiedzę o naszym miejscu w przestrzeni kosmicznej – powiedział PAP kierownik misji, prof. David John McComas z Uniwersytetu Princeton.
– Wiedza ta ma też praktyczne znaczenie. Jesteśmy ważnym uczestnikiem badań nad tzw. pogodą kosmiczną. A ona dziś ma ogromną wagę, ponieważ wiele technologii opiera się na systemach satelitarnych, które mogą być zakłócane przez tego typu zjawiska. Podobnie astronauci są narażeni na skutki tych zjawisk. Dlatego IMAP – Interstellar Mapping and Acceleration Probe – w czasie rzeczywistym będzie monitorować warunki kosmiczne. Spośród dziesięciu instrumentów aż pięć dostarcza informacji istotnych dla prognoz kosmicznej pogody. Będą one dawać ostrzeżenia o tym, co dzieje się w wietrze słonecznym z 30-40 minutowym wyprzedzeniem – wyjaśnił prof. David John McComas z Princeton University.
Dodał, że innym, kluczowym zadaniem IMAP jest badanie zewnętrznej części heliosfery – rozciągającej się daleko poza planety Układu Słonecznego „bańki” nadmuchanej wiatrem słonecznym.
– To przede wszystkim ona zapewnia większość ochrony przed galaktycznym promieniowaniem kosmicznym. Dla dalekich podróży kosmicznych, np. na Marsa, to właśnie głównie z tym promieniowaniem trzeba się mierzyć. IMAP pozwala lepiej poznać mechanizmy tego słonecznego „ekranu ochronnego” – wytłumaczył prof. McComas.
Zastrzegł, że program wpisuje się w szersze badania Słońca, ale ta misja będzie wyjątkowa.
– Obecnie działa już spora flota misji solarnych, wykonujących różne pomiary, ale IMAP będzie prowadzić badania w sposób całościowy. Chcemy w niej obserwować przyspieszanie cząstek in situ, a potem – gdy nadlatują ze Słońca, przelatują obok nas, a następnie docierają do zewnętrznych granic heliosfery. Później jeszcze część z nich wraca. Tego pełnego cyklu nie zbadała dotąd żadna sonda kosmiczna. Próbowaliśmy go poskładać z różnych elementów i danych z wielu statków kosmicznych, ale nigdy nie obserwowaliśmy w całości – tłumaczy kierownik misji.
Zwrócił uwagę, że choć obserwujemy Słońce od dziesięcioleci, to mnóstwo kwestii nadal wymaga wyjaśnienia.
– Naukowców wciąż nurtuje wiele pytań dotyczących Słońca i materii, która z niego wypływa, czyli wiatru słonecznego i wysokoenergetycznych cząstek. Zagadki dotyczą np. tego, jak te zjawiska łączą się z magnetosferą Ziemi i wpływają na różne procesy zachodzące na naszej planecie, jak te cząstki przemieszczają się przez resztę heliosfery na odległości sięgające setek jednostek astronomicznych, daleko poza orbity planet. Bardzo ciekawi nas, jak oddziałują z bardzo rozrzedzonym ośrodkiem międzygwiazdowym – wytłumaczył prof. McComas.
Jego zdaniem wiele z tego, co naukowcy będą wiedzieć o heliosferze za 5 czy 10 lat, będzie pochodzić właśnie z wyników IMAP. – W perspektywie najbliższej dekady spodziewamy się uzyskać naprawdę wiele interesujących i bardzo precyzyjnych wyników – zauważył.
Podkreślił jednocześnie, że jego zespół „spodziewa się także jednak niespodziewanego”.
– Gdy opracowuje się taki program i dysponuje znakomitymi instrumentami, jak te działające na pokładzie IMAP, to nie tylko mierzy się to, co zaplanowano, ale też zwykle dokonuje się pomiarów, które prowadzą do odkryć, o których wcześniej nawet nie myśleliśmy. Dobrym przykładem jest tzw. wstęga IBEX. To pewnego rodzaju koło wzmocnionej emisji energetycznych atomów obojętnych, które okrąża zewnętrzną część heliosfery. Żadna teoria ani model tego nie przewidywały. Wykryliśmy je w poprzedzającej IMAP misji IBEX (Interstellar Boundary Explorer), w której również uczestniczyła grupa z Centrum Badań Kosmicznych (CBK) PAN – podkreślił ekspert z NASA.
Polscy eksperci mieli już za sobą współpracę z zespołem prof. McComasa.
– Prof. Bzowski zasugerował eksperyment, na potrzeby którego CBK PAN zbudowało działający w paśmie UV instrument GLOWS. Pozwala on zobaczyć trójwymiarową strukturę wiatru słonecznego – relacjonował kierownik misji.
Jego zdaniem polscy inżynierowie i naukowcy mają duże szanse, by brać udział w kolejnych programach NASA.
– Polska pokazała już, że potrafi zbudować i wysłać na pokładzie satelity NASA cały instrument naukowy. Te możliwości istnieją i sądzę, że powinno być ich więcej. Polska ma duży potencjał, dobrze działa współpraca między różnymi zespołami, w tym także z naszym. Myślę więc, że będzie ku temu wiele okazji – podkreślił.
Według eksperta można oczekiwać, że duże misje coraz częściej będą miały charakter międzynarodowy.
– Zdecydowanie na to liczę. Misje międzynarodowe pokazują, jak można wykorzystać mocne strony i możliwości krajów z różnych części świata – do tego, aby zajmować się wielką nauką, wspierać badania nad pogodą kosmiczną i realizować inne ważne zadania w przestrzeni kosmicznej. Z mojego punktu widzenia wspólna praca jest korzystna dla wszystkich. Jest bardziej opłacalna i prowadzi do najlepszych rezultatów – powiedział prof. McComas.
Marek Matacz (PAP)
Anna Bugajska (PAP)
abu/ zan/ lm/ mhr/
