IKAROS – Japonci už plachtí

Kosmonautika

26.11.2010

Jiří Hofman

Když jsme naposledy psali o slunečním plachtění (2005), vypadalo to, že se na tomto, velkými kosmickými agenturami opomíjeném poli kvůli opakovaným neúspěchům při vypouštění plachetnic, hned tak něco nepovede. Japonská kosmická agentura (anglicky Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA) zatím víceméně v tichosti připravovala svůj plachetnicový program. Příprava vyvrcholila 21. května 2010, kdy z Tanegašimského kosmického střediska vzlétla raketa H-IIA, která kromě sondy Akacuki (známé též jako Venus Climate Orbiter, VCO) vyslala na cestu k Venuši i experimentální plachetnici IKAROS (akronym pro Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun, volně přeloženo Meziplanetární drakolet urychlovaný slunečním zářením).

Osamu Mori s maketou

Vedoucí projektu IKAROS Osamu Mori s maketou sondy. Zdroj: Discover.

JAXA – Japan Aerospace eXploration Agency, japonská kosmická agentura, která vznikla v roce 2003 sloučením tří institucí: ISAS (Institute of Space and Astronautical Science), NAL (the National Aerospace Laboratory of Japan) a NASDA (National Space Development Agency of Japan). Ke svým letům agentura využívá kosmodrom USC (Uchinoura Space Center). V současnosti používá JAXA nosnou raketu H-IIA. JAXA využívá Tanegašimské kosmické středisko (na ostrově Tanegašima, 115 km jižně od ostrova Kjúšú).

Sluneční plachetnice – kosmická loď, která ke svému pohonu využívá tlaku elektromagnetického záření Slunce. Po řadě nezdarů bylo první takové plavidlo (plachetnice IKAROS) otestováno japonskou kosmickou agenturou JAXA v polovině roku 2010.

Akacuki – japonská sonda pro výzkum Venuše známá také jako Venus Climate Orbiter nebo Planet-C. Odstartovala pomocí nosné rakety H-IIA dne 21. května 2010 z Tanegašimského kosmického střediska.

V kosmické agentuře JAXA si určili za laťku minimálního úspěchu rozvinutí plachty. Po uvolnění čtyř půlkilogramových závaží, která celou plachtu měla vytáhnout ven, následovalo roztočení celé sondy pomocí motoru až na 25 otáček za minutu. Jakmile závaží díky odstředivým silám dosáhla svých konečných poloh, sonda se vrátila zpět k původním otáčkám (pětkrát za minutu). Následně byla uvolněna samotná plachta, která se opět díky odstředivým silám plně rozvinula. Plachta byla úspěšně rozvinuta 9. června. Tou dobou už sonda byla sedm milionů kilometrů od Země.

Za zcela úspěšnou začali odborníci v kosmické agentuře JAXA misi považovat, když se potvrdilo, že sonda může díky plachtě zrychlovat a přitom je možno ji i řídit. Zrychlení bylo po důkladném měření potvrzeno 9. července. Na sondu díky plachtě působilo sluneční záření silou 1,12 mN. O necelé dva týdny později pak bylo oznámeno, že dne 13. července bylo úspěšně otestováno i řízení plachetnice. „Drakolet“ IKAROS se tak stal prvním zařízením, které v meziplanetárním prostoru zdárně předvedlo sluneční plachtění.

Obecně platí, že plachetnici lze řídit pomocí natáčení plachty vůči Slunci. Sonda tak může zrychlovat i zpomalovat (základy plachtění jsou vysvětleny v AB 35/2005). Natáčení plachet ale obvykle vyžaduje nějaký pohon. Tak tomu je i na sondě IKAROS. Kromě toho ale IKAROS zkouší i úplně netradiční řešení natáčení své plachty. U obvodu je totiž plachta pokryta dvěma řadami panelů s tekutými krystaly, jejichž zapínám a vypínáním lze ovlivnit, jakým způsobem odrážejí světlo. Zapnutý panel odráží záření podobně jako zrcadlo, takže je jeho účinnost nejvyšší. Naopak vypnutý panel odráží světlo rozptýleně, což účinnost plachty v tomto místě snižuje. Postupným zapínáním a vypínáním těchto panelů lze dosáhnout natáčení plachty, i když celá sonda rotuje v ose kolmé na osu zamýšleného natáčení.

Schéma plachetnice

Schéma plachetnice: 1 - těžítko, 2. LCD, 3. plachta, 4. sluneční panel, 5. lanka,
6. vlastní sonda, 7. detektor prachu. Zdroj: Wikimedia, upraveno.

Natáčení plachty

Princip natáčení plachty pomocí LCD v ose natáčení. Zdroj: JAXA.

Natáčení plachty

Princip natáčení plachty pomocí LCD v ose otáčení sondy. Zdroj: JAXA.

Protože součástí plachty jsou také tenké sluneční články o tloušťce pouhých 25 µm, lze natáčet plachtu a řídit tak celou plachetnici pouze za pomoci slunečního záření. Není k tomu tedy potřeba žádný další zdroj energie.

Plachta samotná je vyrobena z 7,5 µm tenké polyimidové fólie. Úhlopříčka celé plachty měří asi 20 m. Kromě zmíněných panelů s tekutými krystaly a slunečními články jsou na ní umístěny také piezoelektrické čítače prachových částic.

Na sondě samotné je umístěn detektor GAP (anglicky GAmma-ray burst Polarized light detector) polarizovaného světla gama záblesků. Případná polarizace světla gama záblesků ještě nikdy předtím nebyla pozorována. Detektor svůj první záblesk zaznamenal již 7. července. Bohužel ale přišel ze směru, ve kterém nebylo možno provést jeho analýzu. Počítá se s tím, že zjistit, zda světlo gama záblesku je polarizované, půjde jen v pětině případů.

Detektor GAP

Detektor polarizovaného světla gama záblesků má průměr 17 cm, na výšku
taktéž 17 cm a váží 3,7 kg. Vlevo zdroj napájení. Zdroj: JAXA.

Na sondu samotnou byly také umístěny dva válečky o průměru a výšce přibližně 6 cm, které byly v potřebných chvílích katapultovány pružinou mimo samotnou sondu. Obsahovaly miniaturní kamery (DCAM1 a DCAM2), které zdokumentovaly rozvinutí a funkce plachty. Nasnímané obrázky byly předávány bezdrátově zpět sondě, která je odesílala na Zemi. Válečky se k sondě nevrátily a staly se tak miniaturními oběžnicemi Slunce. I v tomto případě jde o unikát. Nikdy předtím nebyla žádná sonda z vnějšku podobně snímkována.

Pohled z kamery na IKAROS

Záběr z kamery DCAM2 při testu panelů s tekutými krystaly. Na snímku je vidět, jak je na každé čtvrtině plachty vždy polovina panelů vypnuta (světlejší) a polovina zapnuta (tmavší). Zdroj: JAXA.

Se slunečními plachetnicemi má JAXA velké plány. Koncem druhého desetiletí chce za pomoci plachty o průměru až 50 m zkoumat Jupiter a Trojany. Na této misi by ale chtěla plachetnici doplnit iontovým motorem poháněným energií ze slunečních článků umístěných na plachtě.

Zdroje:

Kosmonautika

26.11.2010

Jiří Hofman