Antrasis žingsnis į kosmosą: misija QB50!

11

Aprimus šurmuliui po sėkmingo pirmųjų Lietuvos kosminių palydovų LitSat-1 ir LituanicaSat-1 starto, jų kūrejai tęsia kosminius tyrimus ir rengiasi dalyvauti Europos Sajungos organizuojamoje QB50 misijoje, kurios startas numatytas 2016 metais. Šį kartą mažieji kosminiai palydovai į  kosmosą kils vedami ne tik edukacinių, bet ir mokslinių tikslų, o iniciatyvą apjungs daugiau nei penkiasdešimt Europos ir pasaulio universitetų, tarp kurių ir du iš Lietuvos!

Kosminė misija

QB50 misijos tikslas yra ištirti įvairius žemutinės termosferos (esančios 90 – 320 km aukštyje virš žemės paviršiaus) parametrus, tam panaudojant 40-ties dvigubųjų 2U tipo CubeSat palydovų tinklą. Šie palydovai bus išsidėstę vidutinių kelių šimtų kilometrų atstumu vienas nuo kito ir turės identiškus jutiklius. Šios misijos metu taip pat bus tiriamas deorbitacijos (angl. reentry) procesas, lyginamos realios ir modeliuotos palydovų skrydžių trukmės bei trajektorijos.

Žemutinės termosferos tyrimai naudojant palydovus iki šiol nebuvo atliekami dėl didžiulių  keturiasdešimties įprastinių palydovų sūkurimo ir paleidimo kaštų, ypač turint omenyje labai trumpą tokių palydovų skrydžio trukmę. Tokiems tyrimams durys atsivėrė tik išpopuliarėjus  nebrangiems CubeSat tipo palydovams. Projekto rengėjų vertinimu, vieno tokio CubeSat palydovo įrangos kaina turėtų būti apytiksliai šimtas tūkstančių eurų, o jo gamyba turėtų užtrukti apie du metus.

CubeSat nedidelio tūrio ir svorio pilnai pakanka norint sutalpinti visą normaliai palydovo veiklai reikalingą aparatūrą. Kaip ir pirmieji lietuviškieji LitSat-1 ir LituanicaSat-1, dažniausiai CubeSat palydovai būna aprūpinti pakankamai sparčiu procesoriumi, maitinimo šaltiniu, saulės baterijomis, radijo bei duomenų perdavimo į žemę ryšiu. Tačiau įprastinės tyrimo misijos vienu CubeSat palydovu atlikti nepavyks – jis per mažas dažnai daug vietos užimančiai mokslinei įrangai.

Šiuo atžvilgiu projektas QB50 unikalus – užuot bandant sutalpinti daug jutiklių į vieną palydovą, jie paskirstomi po visą palydovų tinklą. Tokia koncepcija buvo svarstoma mažųjų palydovų bendruomenės jau keletą metų, tačiau realiai įgyvendinta ji bus pirmąjį kartą. Palydovų tinklas taip pat puikiai tinka edukacijai: CubeSat palydovus dažniausiai kuria universitetų studentų bendruomenės, neturinčios daug kosmoso technologijų patirties. Net ir iškilus nenumatytiems sunkumams ir sugedus keletui palydovų misijai pavojus negresia – ji gali būti sėkmingai įvykdyta.

Palydovų įranga

Misijoje numatyta naudoti „dvigubus“ 2U klasės CubeSat palydovus, kurių išmatavimai yra 10x10x20 centimetrų. Vieną iš dviejų palydovo kūbo formos pusė bus naudojama įprastines palydovo funkcijas atliekančiai įrangai (funkcinė dalis), o antroji bus naudojama mokslinio eksperimento įrangai (eksperimentinė dalis).

Standartinę kiekvieno palydovo eksperimentinę dalį sudarys temperatūros bei aukšcio matavimo prietaisai, o taip pat vienas iš šių trijų: jonų masės spektrometras, magnetinio srauto jutiklis arba elektronų tankio jutiklis. Tyrime dalyvaujančios CubeSat komandos likusią funkcinės dalies vietą, jei tokios bus, gali panaudoti savo individualiems kosminiams tyrimams.

Šia galimybe planuoja pasinaudoti ir abi projekte dalyvausiančios komandos iš Lietuvos: Kauno technologijos universiteto bei Lietuvos kosmoso asociacijos komanda, konstravusi palydovą LitSat-1, ketina kosmose išbandyti ilgą laiką kurtą inovatyvų pjezo reakcijos variklį, skirtą palydovo orientacijos erdvėje keitimui. Vilniaus universiteto komanda, konstravusi palydovą LituanicaSat-1, į naująjį LituanicaSat-2 ketina įmontuoti nedidelį, CubeSat tipo palydovams pritaikytą, vienkomponenciu kuru varomą kosminį variklį, skirtą orbitos keitimui ir koregavimui.

QB 50 misija

Kodėl žemutinė termosfera?

Žemutinė termosfera yra labai įdomi ir mažai ištirta atmosferos dalis. Jos pavadinimas parinktas neatsitiktinai (graikiškai termos reiškia šilumą) jos dalelių temperatūra gali siekti net iki 500 laipsnių Celsijaus! Tiesa, oras termosferoje yra toks retas, kad žmogus nors ir supamas įkaitusių dalelių vis vien sušaltų. Tokią temperatūrą termosferos dalelės pasiekia dėl sugeriamos iš saulės sklindančios elektromagnetinės spinduliuotės, taip pat dėl šios spinduliuotės termosferoje susidaro šiaurės pašvaistės.

Atlikti žemosios termosferos matavimus palydovais sudėtinga. Nors oras joje ir retas, esamų dalelių tankio pakanka, kad palydovas skriedamas žemutinėje termosferoje apskrietų orbitą gana greitai (per keletą mėnesių), sulėtėtų ir nukristų į žemę. Tokia trumpa palydovo skrydžio trukmė yra nepriimtina įprastiniam palydovui, todėl istoriškai, norint tirti termosferą, palydovai buvo leidžiami į smarkiai ištemptas elipsines orbitas, kurių mažiausias atstumas iki žemės (perigėjus) buvo apie 200 km, o didžiausias atstumas iki žemės (apogėjus) net apie 3000 km. Dėl tokio didelio elipsiškumo palydovas žemutinėje termosferoje praleisdavo labai mažą skrydžio dalį ir matavimus galėdavo atlikti tik tam tikruose taškuose.

CubeSat palydovai tokio griežto apribojimo skrydžio trukmei neturi – keleto mėnesių dažnai pilnai pakanka įgyvendinti visiems numatytiems uždaviniams, o ir kainuoja jie palyginti nedaug. Skrydis žemutinėje termosferoje net gi turi nemažai privalumų: esant arčiau žemės galima didesne sparta perduoti duomenis, o virš palydovo esantis likęs termosferos sluoksnis apsaugo komponentus nuo radiacijos.

Kita vertus, skriejant labai arti žemes paviršiaus, palydovas iš vieno taško bus matomas gana trumpai: 150 kilometru aukštyje skriejantis palydovas iš vieno žemes taško matomas tik dvi su puse minutės, o ir tų dviejų su puse minučių gali tekti laukti gana ilgai. Tad norint užtikrinti sklandų palydovų matavimų metu surinktų duomenų perdavimą atgal į žemę, taip pat turės būti sukurtas ne tik palydovų, bet ir misijoje dalyvaujančių komandų žemės stočių tinklas.

LitSat-1 ir LituanicaSat-1 skrydis orbitoje yra puiki proga išbandyti visas sudedamasias sėkmingos kosminės misijos dalis, tad net nekyla abejonių, jog moksliniai LitSat-2 ir LituanicaSat-2 tyrimai pavyks puikiai. Su nekantrumu lauksime šio idomaus projekto starto!

Straipsnio autorius Paulius Šarka