Zprávy ze světa

1b0b2_illustration
12.07.2019

Družice Lucky-7 je první...

… českou soukromou družicí pracující na oběžné dráze Země.

Družice je nyní na oběžné dráze ve výšce 530 km nad Zemí, bylo už zachyceno její vysílání a potvrzeno správné fungování palubních systémů, včetně kritický důležitého dobíjení akumulátorů, týden po startu byly podle plánu zahájeny první experimenty.

Česká soukromá družice se dostala na oběžnou dráhu v rámci komerční kosmonautiky, kde se pro malé družice nabízí možnost na principu spolujízdy, kdy se při vynášení hlavního nákladu zbývající volná kapacita nákladového prostoru nabídne ostatním zájemcům. Cena za takové vynesení je pak samozřejmě výrazně nižší, ale kromě velikostních a hmotnostních omezení se i čas startu a parametry letu řídí hlavně
podle primárního nákladu a ostatní spolucestující se tomu musí přizpůsobit.
Družice Lucky-7 tak byla součástí nákladu, který se skládal z velké ruské meteorologické družice a 32 menších družic v kontejnerech společnosti Exolaunch, velkou část tvořily tzv. cubesaty, což jsou družice, jejichž základní stavební jednotku tvoří krychlička
o hraně 11 cm.

Česká družice navazuje na původní studentskou družici CzechTechSat-1 vyvíjenou
na Fakultě elektrotechnické ČVUT od roku 2011, kterou se ale nepodařilo dokončit
kvůli zastavení financování dalšího vývoje a rozchodu týmu. Aby se mohlo v projektu nějakým způsobem pokračovat, uzrála v roce 2014 u tehdejšího doktoranda a vedoucího vědeckého týmu Jaroslava Laifra myšlenka založit s podporou docenta Pavla Kováře novou soukromou společnost a ta pak pod názvem SkyFox Labs s.r.o. vznikla 6. ledna 2015. Společnost začala vyvíjet, vyrábět a prodávat různé družicové součástky, z nichž nejvýznamnější je speciální družicový GPS příjímač s velmi nízkou spotřebou energie, jehož duchovním otcem byl právě již zmíněný Pavel Kovář, specialista na radioelektroniku a navigační techniku. Firma si tak vydělala peníze pro dokončení a vypuštění vlastní družice. Protože vývoj družice začal s cílem stát se 7. českou družicí na oběžné dráze
a částečně i pro štěstí, které prý jejím tvůrcům nosí číslo 7, dostala pro svět srozumitelné jméno Lucky-7. Výše celkových finančních nákladů na tento projekt, včetně vynesení družice na oběžnou dráhu, jsou zhruba 2 milióny korun.
Družice se skládá ze speciálně vybraných a sestavených, ale jinak běžně dostupných komerční elektronických součástek. Příkladem, že lze některé věci vytvořit opravdu levně, jsou antény družice vyrobené z běžného kovového svinovacího metru.

Obr.: Česká soukromá družice Lucky-7. Rozměry družice jsou 11.2 x 11.2 x 11.35 cm, hmotnost 1.5 kg. Zdroj: SkyFox Labs

 

Obr.: Česká soukromá družice Lucky-7. Rozměry družice jsou 11.2×11.2×11.35 cm, hmotnost 1.5 kg. Zdroj: SkyFox Labs

Současná běžná komerční elektronika už často dosahuje kvalit a spolehlivosti umožňující její použití i na družicích. Problémem ale například je, že konstrukce družice musí
na oběžné dráze při osvětlení sluncem a při letu ve stínu Země snášet teplotní rozdíly přes 100º C a radiace z kosmického záření a sluneční aktivity způsobuje postupnou degradaci elektroniky, která končí jejím rychlejším, nebo pomalejším selháním.
Přestože běžná elektronika tedy není stavěná na velmi tvrdé fyzikální prostředí oběžné dráhy, dokáže je někdy snášet až překvapivě dobře a lze její odolnost zlepšit promyšlenou konstrukcí družice, různými přídavnými stíněními a drobnými vylepšeními.
Cena za družici z komerční sériové elektroniky je pak výrazně nižší, ale pro začínající nezkušené konstruktéry je to sázka do loterie, zda se jejich družice vůbec ozve a odešle použitelné výsledky.
Praktické zkušenosti jsou při konstrukci družic tou nejpodstatnější a leckdy velice draze získanou podmínkou budoucího úspěchu.
Fyzikální podmínky na oběžné dráze se do určité míry dají simulovat i v pozemských laboratořích, proto jsou družice vystavované různým zátěžovým testům, včetně ozařování radioaktivními zářiči, ale nikdy to není úplně stejné, jako když na družici působí v kosmu všechny negativní vlivy naráz a dlouhodobě.
Hlavním úkolem družice Lucky-7 je proto prokázat celkovou funkčnost konceptu
a sledovat odolnost elektronických systémů proti degradaci vlivem prostředí.
Každá firma v tomto oboru, která prakticky prokáže schopnost postavit dlouhodobě fungující spolehlivou družici, má pak výraznou výhodu proti méně úspěšné konkurenci.
I přes malé rozměry družice se konstruktérům u Lucky-7 podařilo některé nejdůležitější systémy zdvojit, takže je například vybavená dvěma nezávisle pracujícími palubními počítači, čímž se opět výrazně zvyšuje šance na dosažení delší životnosti.
Z vědeckých přístrojů je družice vybavená miniaturním palubním dozimetrem pro měření radiační zátěže družice na oběžné dráze a experimentálním gama-spektrometrem určeným k měření rozložení energie dopadajícího záření. Gama-spektrometr by zároveň měl být dost citlivý i na to, aby detekoval záblesky záření gama ze vzdálených galaxií.
Dále je na palubě barevná VGA kamera pro vizuální kontrolu stability družice, snímání zemských polárních září a dalších obrazových dat Země a při následném přenosu také pro ověření schopnosti palubního vysílače přenášet větší datové objemy.

České přístroje se nachází i na další družici. Ruská družice Sokrat (v některých zdrojích označovaná jako Sokrat-R nebo v anglické transkripci jako Socrat) nese detektory
pro studium radiačního pole v okolí Země a pro studium „kosmického počasí“, což obnáší především detekci radioaktivních částic z proměnlivé sluneční aktivity i kosmického záření z ostatních zdrojů. Družice je pro tyto účely vybavená monolitickými pixelovými detektory vyvinutými na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze a PIN-diodovým dozimetrem SPACEDOS vyvinutím v Ústavu jaderné fyziky Akademie věd ČR v Řeži
u Prahy. Dozimetr SPACEDOS je také sestaven z komerčních součástek a jeho výrobní dokumentace je zveřejněná na internetu, což je příspěvek vědců z Akademie rychlejšímu zavádění novinek do praxe.

Z ostatních mnoha družic vynesených při tomto letu je jako vhodný příklad přenášení nasbíraných zkušeností do komerční praxe možné uvést finské radarové družice ICEYE-X4 a X5, které jsou vybavené radarem SAR (tzv. radar se syntetickou aperturou, zkr. SAR z angl. Synthetic Aperture Radar) pracujícím v radarovém pásmu X.
Z hlediska dálkového průzkumu Země mají radarové družice podstatnou výhodu v tom, že bez omezení dokáží snímat povrch Země i v noci a nebo při zatažené obloze.
Nabídka radarových dat je pro uživatele poměrně úzká a tato data zatím pořizovaly hlavně velké a drahé družice státních kosmických agentur. Finská společnost Iceye se proto rozhodla pokusit se radarovou aparaturu zmenšit a umístit je na družice s hmotností do 100 kg, při jejichž stavbě bude také použito co nejvíce běžně dostupných součástek
a relativně levné družice bude možné vyrábět a vypouštět ve větších počtech.
Společnost Iceye za tímto účelem vznikla jako startupová firma na finské univerzitě Aalto ve městě Espoo. Z této univerzity pochází také zcela první finská družice ve vesmíru Aalto-2 vynesená 18. dubna 2017 raketou Atlas-V z mysu Canaveral.
Hmotnost sériové družice ICEYE se podařilo dostat na pouhých 70 kg (přičemž hmotnosti jiných radarových družic jsou daleko nad 1000 kg) a svou rozložitelnou radarovou anténou v délce 3.5 metru pořídí obrazová radarová data zemského povrchu s rozlišením podrobností o velikosti 3 metry.
První družice ICEYE-X1 byla vynesena na oběžnou dráhu indickou raketou PSLV
12. ledna 2018 a stala se první finskou komerční družicí. Do konce roku 2020 by chtěli mít na oběžné dráze 18 funkčních družic, které by měly být schopné opakovat snímkování zájmových oblastí 8 krát denně. Budoucí ještě ambicióznější plány jsou na 30 družic, které by dokázaly opakovat snímkování 15 krát denně.

K vynesení 33 družic, mezi kterými byly i Lucky-7, Sokrat-R a dvě družice ICEYE, byl použit ruský nosič Sojuz-2.1b/Fregat-M, což je třístupňová přes 46 metrů vysoká
a 313 tun vážící raketa s přídavným horním stupněm Fregat-M pro umísťování více družic na různé cílové oběžné dráhy.
Raketa startovala 5. července 2019 z nového kosmodromu Vostočnyj v Amurské oblasti na ruském dálném východě. Kosmodrom Vostočnyj se má stát náhranou za kosmodrom Bajkonur, který je od rozpadu SSSR na území samostatného Kazachstánu a ruská strana musí za úžívání a pronájem platit Kazachstánu přes 100 milionů dolarů ročně.

Obr.: Ruská nosná raketa Sojuz-2.1b/Fregat startuje dne 5. července 2019 z kosmodromu Vostočnyj a vedle velké ruské meteorologické družice Meteor-M 2-2 vynáší ve svém nákladovém prostoru i českou soukromou družice Lucky-7. Zdroj: GK Launch Services

 

Obr.: Ruská nosná raketa Sojuz-2.1b/Fregat startuje dne 5. července 2019 z kosmodromu Vostočnyj a vedle velké ruské meteorologické družice Meteor-M 2-2 vynáší ve svém nákladovém prostoru i českou soukromou družice Lucky-7. Zdroj: GK Launch Services

První start z kosmodromu Vostočnyj se uskutečnil v dubnu 2016 ze startovní rampy 1S pro střední rakety Sojuz-2, dokončení rampy 1A pro těžké rakety Angara A5 se neustále protahuje, výstavba rampy pro supertěžkou raketu Jenisej, která by měla zajišťoval lety na Měsíc a Mars, ani nezačalo. Neustálé problémy a skluzy s termíny ve výstavbě už vedly k ukončování smluv s dodavateli, korupčním skandálům, vyšetřováním i zatýkáním.

Hlavním nákladem letu, při kterém byla vynesena i Lucky-7, byla ruská meteorologická družice Meteor-M 2-2 o hmotnosti 2 750 kg. Identická družice s označením Meteor-M 2-1 odstartovala ze stejného kosmodromu na stejném typu rakety už 28. listopadu 2017, kdy ale let nedopadl dobře. Poslední stupeň Fregat se po zážehu motoru vydal špatným směrem a později i se všemi družicemi shořel v zemské atmosféře nad Atlantským oceánem. Ruské vyšetřování později za příčinu označilo chybné naprogramování navigačního systému, který byl nastaven pro start z Bajkonuru, nikoliv z Vostočného. Tato chyba tak způsobila ztrátu první družice Meteor-M 2 v ceně 45 milionů dolarů i ztrátu 18 dalších současně vynášených malých družic.
Při letu 5. července 2019 se ale vše podařilo podle plánu, správně zorientovaný stupeň Fregat-M pomocí opakovaných zážehů svého motoru nejdříve vypustil primární náklad družici Meteor-M 2-2 na mírně eliptickou dráhu ve výšce 790×830 km, pak stupeň Fregat-M výšku svojí oběžné dráhy dalšími zážehy snížil na 580 km, kde vypustil první část svého sekundárního nákladu a ve výšce 530 km pak zbytek malých družic. Posledním zážehem se stupeň Fregat-M odklidil z oběžné dráhy směrem do zemské atmosféry.

Ruská meteorologická družice Meteor-M 2-2 je postavená na životnost minimálně 5 roků provozu, během nichž by měly být vypuštěny 4 další podobné družice.
Česká družice Lucky-7 je kvůli svým malým rozměrům poměrně dost zranitelná vůči tvrdým podmínkám vesmírného prostoru a testování životnosti jejích součástek je jejím hlavním úkolem. Uvádí se, že 50% vypuštěných družic této velikosti funkčně selže,
nebo se vůbec neozve. Bezproblémová životnost třeba i jen několik roků bude úspěch.
Kvůli zabránění hromadění vysloužilých družic na oběžné dráze jsou zejména takováto malá experimentální tělesa vypouštěná na nižší dráhy, kde je brzdný efekt svrchních řídkých částí zemské atmosféry bude postupně zpomalovat a jejich dráhu pozvolna snižovat, až k okamžiku pádu do hustých vrstev atmosféry a tam bezpečného shoření tělesa. Stejně je tomu u družice Lucky-7, kterou čeká fyzický zánik za 20 až 25 roků.

V současnosti je na oběžné dráze i stále funkční úspěšná česká družice VZLUSAT-1 postavená Výzkumným a zkušebním leteckým ústavem. Tato instituce je právně akciovou společností, ovšem 100% akcií je vlastněno Ministerstvem financí ČR, prakticky vzato se tak jedná o společnost státní, nikoliv soukromou.

Starší článek o vypuštění české družice VZLUSAT-1 je zde.

Odkaz na webové stránky družice Lucky-7 společnosti SkyFox Labs, kde jsou kromě jiného i informace pro radioametéry, kteří by se chtěli pokusit zachytit její vysílání s volacím znakem OKØSAT na kmitočtu 437.525 MHz je zde.

Twitter společnosti SkyFox Labs s aktuálními novinkami o družici Lucky-7 lze nalézt zde.

Článek zpracoval: Jiří Šustera

 

nahoru

zpět