Elektronika z Matfyzu poletí ke Slunci

Pro francouzský Ústav pro astrofyzikální a planetární výzkum (IRAP) v Toulouse skupina kosmické fyziky Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy (MFF UK) vyvinula a dodala desku vstupní elektroniky bloku spektrometru protonů a alfa částic PAS ze souboru přístrojů SWA (mezinárodní konsorcium Solar Wind plasma Analyzer). Soubor bude umístěn na meziplanetární sondu Solar Orbiter připravovanou Evropskou kosmickou agenturou (ESA) s plánovaným startem počátkem roku 2019. V mezinárodním konsorciu SWA vedeném Mullardovou laboratoří kosmické fyziky (MSSL) z Velké Británie jsou také zapojeny vědecké instituce a firmy z USA a Itálie. Samotná meziplanetární sonda je konstruována a testována ve společnosti Airbus Space and Defence ve Velké Británii.

Sonda Solar Orbiter bude provádět na oběžné dráze zasahující mimo rovinu ekliptiky ve vzdálenostech mezi 0,28 a 1,4 astronomické jednotky od Slunce (tj. v nejtěsnějším přiblížení i uvnitř dráhy planety Merkur) jedinečná pozorování hromadění magnetické energie z fotosféry do sluneční korony, a zároveň bude přímo sledovat produkty slunečních erupcí (např. magnetická oblaka a vývrhy koronální hmoty) v meziplanetárním plazmatu – tzv. slunečním větru.

Komplex přístrojů Solar Wind plasma Analyzer (SWA) je jedním z deseti experimentů na sondě Solar Orbiter. Jeho tři senzory budou s vysokým časovým rozlišením měřit hustotu, rychlost a teplotu iontů a elektronů slunečního větru a dále sbírat údaje o iontovém složení a charakteristikách klíčových těžších prvků. Návrh naší desky pro senzor PAS zahrnuje mj. nosné prvky, kolektory a nábojově citlivé vstupní zesilovače pro keramické detektory nabitých částic a dvojici vysokonapěťových zdrojů 300 V – 4 kV pro jejich napájení. Elektronická deska je konstruována s ohledem na předpokládanou velmi vysokou radiační zátěž a náročné požadavky spolehlivosti během nejméně desetileté činnosti sondy Solar Orbiter.

V průběhu řešení projektu jsme ve skupině kosmické fyziky nejprve vyvinuli desky prototypu a elektrického modelu, které prošly zkouškami ve Francii a poté ve spolupráci s tuzemským průmyslem zhotovili desky pro kvalifikační, letový a záložní model bloku PAS. Detektorové desky integrované v jednotlivých modelových blocích nyní postupně procházejí náročnými kvalifikačními a funkčními testy. Letový blok PAS bude již počátkem srpna 2017 namontován techniky Airbus na vlastní sondu. Součástí našich dodávek do IRAP byla také kompletní dokumentace podle standardů ESA a přímá podpora integrace a testování jednotlivých desek v Toulouse.

Vývoj a výroba desek byla z hlavní části financována v rámci smluvního projektu PRODEX, tj. z prostředků, která Česká republika vložila do tohoto volitelného programu ESA, a dále z interních zdrojů MFF UK. Nákup letových součástek byl částečně hrazen francouzskou stranou.

Účast v tomto projektu umožňuje kontinuitu stávajícího vědeckého výzkumu s přístupem k předpokládaným unikátním družicovým datům. Zároveň věříme v jeho atraktivitu pro naše budoucí studenty i širokou veřejnost. Velmi si vážíme přímého zapojení v prestižním mezinárodním projektu/vědeckém konsorciu, které nám přineslo kontakty a spolupráci s novými zahraničními i tuzemskými vědeckými laboratořemi a průmyslovými subjekty, hlubší zkušenosti s vývojem kosmických přístrojů dle standardů CNES-ESA, uplatnění nových technologií v návrhu kosmických přístrojů (konstrukce VN zdrojů s vysokou účinností) a sdílení know-how se zahraničními partnery. Také jsme získali pozvání k účasti na dalších mezinárodních kosmických projektech.

Skupina kosmické fyziky KFPP MFF UK je orientovaná na výzkum kosmického plazmatu a kosmického prachu. Navrhuje a vyvíjí vědecké přístroje pro mezinárodní projekty kosmického výzkumu slunečního větru, magnetosféry a ionosféry Země a rozvíjí nové měřící metody pro studium toků plazmatu a energetického rozdělení nabitých částic. Skupina zkoumá fyzikální vztahy Slunce – Země, zaměřuje se na výzkum jevů ve slunečním větru, mj. meziplanetárních rázových vln, a dále zemské magnetosféry ovlivňované slunečním větrem. Dalšími tématy výzkumů ve skupině jsou turbulence a vlnové procesy v kosmickém plazmatu, studium ionosféry a laboratorní simulace nabíjení kosmického prachu. Do řešení všech těchto témat jsou zapojeni studenti a doktorandi UK. V minulosti se skupina podílela na vývoji více než dvou desítek vědeckých přístrojů převážně v rámci programu INTERKOSMOS, včetně přístrojů na čs. družicích MAGION 2–5. Od roku 2011 provozuje vlastní unikátní monitor slunečního větru na ruské radioastronomické družici SPEKTR-R. Dodala letové verze jednotek pro zpracování dat elektronového spektrometru pro francouzskou družici TARANIS (plánovaný start na jaře 2019). K připravovaným projektům patří přístroje pro studium slunečního větru pro ruskou družici kolem Měsíce LUNA-26 a pro družici THOR – kandidáta na misi ESA M4. Dlouhodobě úzce spolupracuje s kolegy z Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd, kteří se také účastní projektu Solar Orbiter.

Vedoucí projektu: Doc. RNDr. Lubomír Přech, Dr.
Adresa: MFF UK, V Holešovičkách 2, 180 00 Praha 8
Email: lubomir.prech@mff.cuni.cz

Tisková zpráva