Aktuální vydání

celé číslo

04

2020

Balicí a plnicí linky, výrobní logistika

Příslušentví robotů

celé číslo

Družice Solar Orbiter je vybavena zrcadly z Turnova

Družice Solar Orbiter (obr. 1), společný projekt ESA a NASA, odstartovala 10. února z amerického Cape Canaveral a hned několik dní po startu začala provádět první pokusná měření. Sonda, která bude Slunce obíhat po dráze se sklonem 25° ke slunečnímu rovníku, jako vůbec první pořídí snímky slunečních pólů a bude zkoumat vnitřní heliosféru, která doposud patří k těm nejméně prozkoumaným částem naší nejbližší hvězdy. Klíčovou součástí družice je optická soustava vyvinutá a vyrobená vědci z aplikačního centra Toptec v Turnově, které je součástí Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR.

Obr. 1. Vizualizace sondy Solar Orbiter (grafika: Airbus)

„Vývoj a následná výroba našich zrcadel trvala skoro deset let. Když jsme dostali z ESA první zadání, spočítali jsme, že takto zadaná zrcadla nevydrží start – roztrhnou se. Ihned jsme na to upozornili, ale nikdo nás tenkrát nebral příliš vážně. Při prvních zkouškách se prototypy zrcadel rozpadly přesně tak, jak jsme varovali,“ říká Vít Lédl, výkonný ředitel centra Toptec.

Zrcadla, která tvoří koronograf Metis (Multi Element Telescope for Imaging and Spectroscopy), umožní mj. pozorování sluneční koróny na čáře Lyman-alfa vodíku o vlnové délce 121,567 nm. Pozorované záření je v ultrafialové oblasti a je zcela pohlcováno atmosférou, proto je z povrchu Země pozorovat nelze. Koronograf pracující na této vlnové délce musí mít velmi přesná zrcadla, která navíc odolávají velkým výkyvům teplot. Při přiblížení na nejkratší vzdálenost od Slunce, zhruba 42 mil. km, tedy blíže než jakákoliv jiná evropská družice v historii, musí tepelný štít sondy vydržet teplotu kolem 500 °C, naopak v odsluní je sonda vystavena velmi nízké teplotě. Teplotní rozdíly uvnitř sondy dosahují 80 K. Optická soustava koronografu přitom musí zůstat přesně seřízená. Sonda se bude také potýkat s energetickými částicemi slunečního větru. Celý optický systém koronografu nemůže mít hmotnost větší než 1 kg a musí vydržet nejméně sedm let.

Obr. 2. Hlavní zrcadlo M1 koronografu v sondě Solar Orbiter (foto: Toptec)

Centrum Toptec vyrobilo dvě hlavní zrcadla (M1 a M2) teleskopu Metis a jeho stínicího členu. Obě zrcadla jsou navržena ve tvaru mezikruží a mají tvar jemné asféry s odchylkou přibližně 40 mm od best-fit sféry, a proto je nutné použít subaperturní brousicí a lešticí technologie, kterými je centrum vybaveno. Zrcadlo M1 (obr. 2) má vnější průměr 218 mm a vnitřní průměr 128 mm, M2 má vnější průměr 125 mm a vnitřní 88 mm. Nejnáročnější na tomto projektu je dosáhnout optických vlastností zrcadel, které spočívají v jejich tvaru a mikrodrsnosti povrchu (0,3 nm) společně s jejich celkovou požadovanou hmotností pod 1 kg (pro obě zrcadla). Pro tyto případy je středisko Toptec vybaveno nejmodernějším stitching interferometrem, který umožňuje charakterizaci velkých asférických povrchů pomocí relativně „malého“ interferometru, a white-light interferometerem pro prostorové měření mikrodrsnosti s rozlišením až 0,1 nm. Odlehčené struktury zrcadel jsou počítány pomocí softwaru Nastran – to umožňuje navrhnout lehká zrcadla při zachování jejich pevnosti a tuhosti.

Pro výrobu přesných optických prvků je třeba udržovat vysoce čisté prostředí se stálou teplotou. Toptec přitom sídlí na okraji Turnova v nájmu v jedné z dnes už poněkud historických budov z minulého století postavených zejména pro účely výroby klasické optiky, která nevyžadovala speciální prostředí. Udržovat zde laboratoře s čistými prostory je náročné i nákladné. „Navíc tu již nelze dosáhnout vyšší čistoty vzduchu, kterou bychom potřebovali pro pokročilý výzkum a výrobu prototypů,“ říká Vít Lédl a dodává, že díky skvělé spolupráci s Městským úřadem Turnov a Libereckým krajem již Toptec – ÚFP AV ČR hledá možnosti výstavby nových prostor.

 

Solar Orbiter

Solar Orbiter veze na palubě přístroje pro deset fyzikálních experimentů. Vědci z Česka se podíleli na přípravě čtyř z nich. Sonda je tak největším českým vesmírným projektem od 80. let 20. století, kdy družice Prognoz 10 v roce 1985 vynesla do vesmíru sedm přístrojů původem z Československa. Plánovaná délka mise Solar Orbiter je sedm let, popř. deset let (prodloužená). Hmotnost při startu byla 1 800 kg, užitečná hmotnost je 209 kg, rozměry: 2,5 m × 3 m, 18 m při rozvinutých solárních panelech. Hlavním výrobcem je Airbus. Více zájemci najdou na: sci.esa.int/solar-orbiter/; na webové adrese www.esa.int/ESA_Multimedia/Videos/2020/01/Solar_Orbiter_launch_to_the_Sun je animace průběhu mise.

[Materiály aplikačního centra Toptec ÚFP AV ČR.]

(Bk)