Československé družice MAGION

Dne 18. prosince 2011 můžeme slavit malé výročí. Tento den to bude přesně 20 let od startu československé družice MAGION 3. V dnešním článku se proto podíváme na historii těchto československých a později českých družic, které měřily parametry plazmatu v magnetosféře a ionosféře a také studovaly vliv činnosti Slunce na toto prostředí. Družice se také podílely na aktivních experimentech s injektáží plazmatu do magnetosféry.

Obr. 1: MAGION 1, zdroj [5].

Historie

MAGION 1

Vývoj první československé družice ze série MAGION sahá do první poloviny 70. let 20. století. Tehdejší Československá socialistická republika byla členem sovětského vesmírného programu Interkosmos a v rámci mise Interkosmos 18 se účastnila výzkumu interakce ionosféry s magnetosférou Země . Aby bylo možné získat představu o prostorovém uspořádání měřených dějů, byla družice MAGION 1 subdružicí k hlavní družici a prováděla stejná měření jako hlavní družice. Název MAGION vzniknul jako zkratka ze slov MAGnetosféra a IONosféra.

Obr. 2: Popis vnějšího vybavení družice MAGION 1, zdroj [5].

Stavbu a provoz družice mělo na starosti oddělení ionosféry Geofyzikálního ústavu Československé akademie věd. Výsledná družice měla rozměr 300×300×150 mm a hmotnost 15 kg. Startovala dne 24. října 1978. Kromě základních systémů (telemetrie, povelový přijímač, napájení, stabilizace) byla vybavena zařízeními pro měření elektromagnetických polí. Prováděné experimenty byly:

• širokopásmové měření elektrického a magnetického pole v rozsahu frekvencí 0,05÷16 kHz,
• úzkopásmové měření elektrického a magnetického pole na frekvencích 0,45 kHz, 0,8 kHz, 1,95 kHz, 4,65 kHz a 15 kHz,
• frekvenční analýza elektrického a magnetického pole (0,185÷15 kHz),
• měření rezonančních vlastností plazmatu v okolí družice,
• měření elektrického pole v rozsahu frekvencí 0,01÷80 Hz,
• měření elektronů o energiích nad 30 keV ve dvou směrech, paralelním a kolmém ke směru magnetických siločar.

MAGION 2

Oproti družici MAGION 1 došlo při vývoji druhé družice k navýšení maximální hmotnosti na 65 kg a ke změně vnějšího tvaru. Družice startovala dne 28. září 1989 společně s družicí Interkosmos 24 na palubě nosné rakety Ciklon-3 v rámci mezinárodního projektu Active (Aktivnyj). Cílem družice bylo zkoumat prostorovou strukturu fyzikálních jevů doprovázejících injekci plazmatu a prozkoumat silné emise elektromagnetického vlnění o velmi nízkých frekvencích do magnetosféry. Na hlavní družici byla proto umístěna aktivní injekční zařízení. Družice MAGION 2 byla vybavena pro

• měření magnetických polí,
• měření fluktuací magnetického pole,
• měření elektromagnetických vln včetně frekvenční analýzy,
• měření teploty a hustoty studeného plazmatu,
• měření radiovým spektrometrem,
• detekci nabitých částic do 1 MeV.

MAGION 3

MAGION 3 byl stejně jako jeho předchůdci subdružicí větší družice, tentokrát v rámci projektu APEX, který měl za cíl studium polárních září, studium dynamiky modulovaných svazků a plazmoidů v plazmatu v blízkosti Země a stanovení charakteristik rádiových emisí, studium elektromagnetických vln v magnetosféře Země a pátrání po solitonových vlnových strukturách. Vědecké vybavení družice MAGION 3 bylo takřka shodné s vybavením družice MAGION 2. Družice MAGION 3 odstartovala dne 18. prosince 1991.

Obr. 3: Replika družice MAGION 5 – stejný tvar měly všechny družice 
kromě družice MAGION 1. Zdroj [1].

MAGION 4

Družice MAGION 4 byla spolu s družicí MAGION 5 součástí projektu INTERBALL, který byl postaven na myšlence simultánního měření jevů v magnetosféře ze čtyř družic a byl součástí mnohem většího projektu STEP (Solar Terrestrial Energy Program) zahrnujícího například družice WIND, POLAR , CLUSTER nebo sondu SOHO . Cílem byl výzkum slunečního větru a jednotlivých oblastí magnetosféry. Družice MAGION 4 startovala dne 3. srpna 1995 společně s družicí INTERBALL 1 a experimentální vybavení bylo tvořeno těmito přístroji:

• KEM-3 pro měření elektrických a magnetických polí,
• spektrální analyzátor SAS,
• vlnový analyzátor nízkofrekvenčních vln ULF,
• třísložkový magnetometr SG-R8,
• energetický spektrometr elektronů a protonů DOK-S,
• plazmový spektrometr elektronů a protonů MPS, SPS,
• rentgenový fotometr RF,
• plazmový detektor VDP-S,
• dvousložková Langmuirova sonda LSP.

MAGION 5

Rok po startu družice MAGION 4 startovala družice MAGION 5 společně s ruskou družicí INTERBALL 2. Tyto dvě družice se měly připojit k programu INTERBALL a vytvořit tak výše zmíněný komplex čtyř družic, proto se ani přístrojové vybavení od družice MAGION 4 nijak výrazně nelišilo. Jediné dvě změny byly: analyzátor chladného plazmatu namísto Langmuirovy sondy a kamera pro snímkování noční strany Země místo rentgenového fotometru.

MAGION 5 odstartoval dne 28. srpna 1996, avšak na oběžné dráze se objevily první problémy. Nejprve byl problém rozpoznat, zda došlo k odpojení od hlavní družice. Poté se navíc nepodařilo odklopit všechny sluneční panely. Nakonec se podařilo ověřit odpojení od mateřské družice, ale vlivem závady v energetickém okruhu pokleslo napájení pod úroveň nutnou pro povelovou komunikaci a družice se odmlčela. Nicméně pracovníci Ústavu fyziky atmosféry AV ČR dál vysílali povely tak, aby v případě že by porucha odezněla, mohla družice nastartovat provoz. V květnu 1998 se tak opravdu stalo a družice začala odpovídat na vysílané povely. Nejpravděpodobnějším vysvětlením je, že v napájecím okruhu vznikl zkrat nějakou mechanickou deformací, který poté odezněl (například změnou teplot). Každopádně družice MAGION 5 postupně přešla do řádného provozu a svůj provoz ukončila v roce 2001.

Měření družice MAGION 4 v polárních kaspech

I když družice MAGION naměřily mnoho dat týkajících se elektromagnetických polí kolem Země, podíváme se podrobněji pouze na výsledky měření polárních kaspů družicí MAGION 4. Společně s hlavní družicí měřila magnetické pole kaspů ve vysokých výškách a tok plazmatu v kaspech. Mezi zajímavé výsledky měření patří například prostudování konfigurací napojení silokřivek magnetického pole Země na meziplanetární magnetické pole, které jsou odlišné v závislosti na orientaci meziplanetárního magnetického pole. Družice také detekovaly výskyt vírů magnetického pole v oblasti hranic kaspů (viz Obr. 4) nebo oblast s hustým stacionárním plazmatem na hranici kaspu (viz Obr. 6).

Závěr

I přes rozsáhlý výzkum polárních kaspů, který je prováděn po dobu 40 let (a to nejenom družicemi MAGION), se jedná stále o oblasti, ve kterých není vzájemná interakce slunečního větru, meziplanetárního a zemského pole zcela známa. Družice MAGION prováděly samozřejmě i další měření a jiný výzkum, který přesahuje rozsah tohoto bulletinu. Kompletní popsání problematiky družic MAGION by vydalo na celou knihu. Cílem tohoto bulletinu bylo informovat čtenáře o existenci československých a následně českých družic, které významnou měrou přispěly k poznání naší magnetosféry a ionosféry.

Zdroje:

1. Webová stránka ústavu fyziky atmosféry
2. J. Měrka, J. Šafránková, Z. Němeček, J. Šimůnek: High-altitude Cusp as Seen by MAGION 4; Surveys in Geophysics 26 (2005) 57-69
3. J. Kroulík: Cesta k MAGIONU; Letectví a kosmonautika 4 (1979)
4. J. Kroulík: Rozhovor s Ing. Pavlem Třískou o Magionu 5; 
   Letectví a kosmonautika 18 (1996)
5. Malá encyklopedie kosmonautiky