Student World

Projekt MIMOSA (MIcro Measurements Of Satellite Accelerations) má za cíl měření sil negravitačního původu, které působí na pohyb umělých družic Země na nízkých oběžných drahách. Síly v tomto blízkém kosmickém prostředí jsou sice velmi malé, ale na pohyb družic působí v každém okamžiku, takže jejich účinky za dobu existence tělesa ve dráze jsou nezanedbatelné.

Pro jasnější představu uveďme, že odpor zbytků atmosféry působí na družice zrychlením v řádech méně než desetitisícin tíhového zrychlení na povrchu Země. Zrychlení vyvolané působením přímého slunečního záření je ještě menší, v řádu jedné miliontiny povrchového tíhového zrychlení. Ale právě tyto slabé síly vedou k tomu, že nakonec všechna umělá tělesa vynesená člověkem do kosmického prostoru ukončí svoji existenci v hustých vrstvách atmosféry, kde zpravidla bezezbytku shoří.
Dynamika družic je v Astronomickém ústavu AV ČR tradičním vědním oborem pěstovaným téměř již od doby vypuštění prvního Sputniku na oběžnou dráhu. V posledních letech je však věnována pozornost především modelům rozložení a časových variací hustoty vysoké zemské atmosféry a dále rozložení albeda (odraženého slunečního záření od Země) a rozložení pole infračerveného vyzařování zemského povrchu.
Odpovídající numerické modely těchto jevů byly u nás již dříve vypracovány a se používají v různých světových kosmických centrech (např. v operačních centrech Evropské kosmické agentury). Nový model je jediným podobným popisem vlastností vysoké atmosféry, který dovoluje analytické řešení pohybových rovnic umělých těles a umožňuje přesnější a snadnější výpočty změn poloh a pohybů umělých družic na dlouhá časová období. Velmi přesné určení parametrů těchto modelů na základě výsledků přímých měření na oběžné dráze je zásadním přínosem navrhovaného experimentu na palubě družice MIMOSA.

Přesná měření provádí mikroakcelerometr, přístroj, který detekuje zrychlení až do řádu 10-11 ms-2, tedy pico-g (g = 9,81 ms-2). Přístroj vyvíjeli v uplynulých patnácti letech pracovníci Astronomického ústavu AV ČR, VPZ Běchovice a firmy MCH Electronic. Během této doby se podařilo vyrobit přístroj vysoké technické úrovně, který se svými parametry a užitím řadí mezi špičku v oboru a v některých případech jsou u něj uplatněna ojedinělá technická řešení. Funkce přístroje se dvakrát zkoušela v reálných podmínkách kosmického letu. Nejprve na ruské družici Resurs F-1 v roce 1992 a později, v upravené verzi, na palubě raketoplánu Atlantis v roce 1996.
Zejména druhá zkouška prokázala jeho výborné vlastnosti. Současně však zcela přesvědčivě dokázala oprávněnost dřívějšího požadavku umístit přístroj na samostatné družici. Ukázalo se totiž, že jakýkoli větší objekt, na jehož palubě se akcelerometr nachází, je zdrojem často velmi silných rušení, která přehlušují zkoumané efekty. Zdrojem rušení jsou nejen automatické systémy těchto kosmických stanic, ale hlavně posádka. Stojí za povšimnutí, že shodou okolností se na provedení experimentu s mikroakcelerometrem na palubě raketoplánu podílel astronaut českého původu John Blaha. Ten později potvrdil, že vlastní (kmitavé) pohyby stanice (MIR a Space Shuttle) jsou jevem, který je docela snadno pozorovatelný i pouhým okem.

Na základě výsledků provedených zkoušek podpořila Grantová agentura ČR finančně projekt samostatné družice s akcelerometrem, projekt MIMOSA. Na její palubě bude právě tento jediný vědecký přístroj. Družice sama je velmi pravidelného tvaru, povrch má pokryt 17 slunečními panely, váží 65 kilogramů a nepřesahuje opsanou kouli o průměru 60 centimetrů. Realizace některých systémů a jejich celková integrace do funkční družice byla svěřena firmě Space Devices, s. r. o., v Praze.
Všechny subsystémy družice byly vyrobeny v České republice a na jejich realizaci se podílela řada českých firem. Pro správné provedení experimentu je velmi důležité znát orientaci družice a její polohu v prostoru s dostatečnou přesností. To zajišťuje soustava osmi slunečních čidel a jednoho magnetometru, z jejíchž údajů lze stanovit orientaci družice vzhledem ke Slunci a magnetickému poli Země. Polohu ve dráze bude určovat navigační přístroj systému GPS, který je speciálně vybaven pro použití na palubě družic a jenž je schopen stanovit polohu družice v prostoru s přesností kolem 16 metrů. Přístroj GPS je jediné zařízení zahraniční provenience; jde o kontrolovanou strategickou technologii, pro jejíž použití bylo nutné získat licenci vlády USA.

Pro pozemní řízení družice bude využita telemetrická stanice v Panské Vsi, která obsluhovala všech pět doposud vypuštěných družic řady MAGION. Stanice je vybavena povelovým zařízením v pásmu 450 MHz a zařízením schopným přijímat signál z radiomajáku na frekvenci 137 MHz. V rámci projektu byla stanice modernizována pro příjem dat z družice MIMOSA na frekvencích
2,28 GHz. Při obsluze družice bude s výhodou využita dlouholetá zkušenost personálu s obsluhou malých družic. Praktické zkušenosti a profesionální provedení potřebných činností jsou nutné pro řízení družice na nízké oběžné dráze. MIMOSA totiž bude nejblíže Zemi ve výšce 320 kilometrů (perigeum) a nejdále (v apogeu) pouze 800 až 900 kilometrů.
Podstatný rozdíl proti předchozím československým (českým) družicím je v tom, že MIMOSA je plně financovaná z domácích zdrojů a to včetně startu. Vlastní vývoj a realizace družice MIMOSA stál na přímých i nepřímých nákladech méně než 32 milionů Kč a v listopadu uzavřená smlouva o vypuštění stanovuje cenu za start kolem 25 milionů Kč.
Start se uskuteční s využitím služeb německo–ruského konsorcia s názvem EUROCKOT, sídlícího v Brémách. K vynesení družice bude využita nosná raketa ROKOT, která je upravenou balistickou mezikontinentální střelou. Tímto způsobem jsou likvidovány strategické ruské střely typu
SS-19. Start je plánován na polovinu prosince roku 2002 z vojenské raketové základny Pleseck na severu evropské části Ruska. Spolu s družicí MIMOSA budou vypuštěny nejméně dvě další družice – kanadská MOST (studium oscilací Slunce a hvězd) a ruská St. Peterburg – u příležitosti oslav 300 let založení Petrohradu.

Český kosmický výzkum v tomto projektu dostává významnou šanci pokračovat ve svých úspěších z uplynulých desetiletí v nových, pro vědu nelehkých, ekonomických podmínkách díky velkorysé podpoře ze strany Grantové agentury České republiky, Akademie věd České republiky a Ministerstva školství mládeže a tělovýchovy.

Připraveno ve spolupráci s Akademickým bulletinem (měsíčník tiskového odboru Akademie věd České republiky)

autor Radek Peřestý, koordinátor projektu MIMOSA, Astronomický ústav A