Adolf Inneman a jeho kolegové ze společnosti Rigaku Innovative Technologies Europe vyvinuli pro projekty českých satelitů VZLUSAT-1 a VZLUSAT-2 zařízení pro vytváření radiačních map. V současné době obě družice monitorují jednou za dva týdny celou Zemi a v blízké budoucnosti bude vytvořena z obou zařízení jednotná radiační mapa. Druhý satelit má za cíl kromě vytváření radiačních map i pátrání po výbuších supernovy.
„Už se nám podařilo zachytit asi sedm záblesků supernov a zrovna dnes o výsledcích přednáší Jakub Řípa z Masarykovy univerzity. Každý den ve vesmíru vybuchne jedna supernova. Český malý satelit VZLUSAT-2 dokáže celých 24 hodin monitorovat oblohu, a pro rentgenové pozorování nevadí, že satelit je polovinu času ve stínu Země, kdy nedochází k dobíjení baterií. Zmíněný projekt je hodně úspěšný,“ říká pro SJ News Adolf Inneman z Rigaku Innovative Technologies Europe. Česká pobočka japonské společnosti vznikla původně jako česká firma a podle vědce jde stále o startup v oblasti vesmírné technologie. „Se satelitem VZLUSAT-2 jsme se dostali do vesmíru letos 13. ledna s Elonem Muskem na Falconu 9. Na odlet jsme čekali kvůli složité administrativě přes rok,“ říká Inneman.
V současné době podle vědce není jasné, jak vznikají těžké prvky ve vesmíru, počínaje železem, které je v periodické tabulce šestadvacáté. „Všechny hvězdy hoří do chvíle, dokud se většina prvků nepřemění na železo. Ve hvězdě potom není vodík ani helium a hvězda umře, tzn. zhroutí se její jádro, přičemž nejde o termonukleární reakci, ale o gravitační kolaps. Tento jev, respektive jeho projev, který trvá maximálně dvacet vteřin, ještě nikdy nikdo podrobně nezachytil. Následně dojde hvězda ke kritickému stavu: exploduje. Při explozi se vytvoří všechny prvky těžší než železo. Zbývající atomy se zhroutí v jádře hvězdy, přičemž se uvolní větší množství energie než za dosavadní život hvězdy,“ uvádí vědec.
Elektrony s protony vytvoří dohromady neutrony. Hustota neutronového plynu je odhadovaná na několik tun na centimetr čtvereční. Třetina až polovina hmotnosti explodující hvězdy skončí jako takzvaná neutronová trpasličí hvězda. Budoucím pozorováním by mělo být možné zjistit, jak těžké prvky ve vesmíru vznikají. „Při výbuchu se prvky rozdělí přesně podle atomových čísel. Nejtěžší prvky letí nejpomaleji, nejlehčí nejrychleji. Vytvoří se mlhovinové slupky z celé periodické tabulky včetně transuranů. Jde o rychlý a kaskádovitý proces, při kterém dochází k transmutaci prvků. Na Zemi nelze tento jev napodobit, a proto jsme odkázáni na výzkum ve vesmíru. Kdybychom se místo zbrojení zaměřili na mírové zkoumání vesmíru, možná bychom objevili nějakou rozpadovou řadu, která by pomohla vyřešit energetické problémy lidstva,“ vysvětluje Inneman.
„My se teď snažíme najít způsob, jak v reálném čase vyhledávat výbuchy supernov a jak rychle otočit rentgenový dalekohled se spektrometrem a vidět, jak ontogeneze prvků probíhá. Hvězdy vlastně miliardy let hoří a poté explodují. Studiu tohoto jevu jsem zasvětil půlku života," říká Inneman. Podle vědce žádné podobné zařízení zatím ve vesmíru není, protože je to velice komplikované. "Nicméně současné technologie a umělá inteligence se stále vyvíjí, takže se dá očekávat, že brzy budeme mít zařízení, které dokáže rentgenový objekt lokalizovat, a následně vlastní sondu ve vesmíru otočit v reálném čase a změřit spektrum respektive detekovat změny spektra během výbuchu hvězdy.“
Díky satelitu VZLUSAT-2 Rigaku ověřilo, že může záblesky supernov lokalizovat. Součástí zařízení je kovový optický prvek a pixelový CdTe detektor. V satelitu VZLUSAT-2 jsou kromě výše popsaného systému i optické kamery – jedna širokoúhlá a druhá s teleobjektivem pro dálkový průzkum Země. „Zatím se nám ještě vše nedaří zautomatizovat a vyvíjíme na to software – ten jsme schopni měnit i během mise a zkoušet. Družice je vybavena reakčními koly a lze s ní otáčet. Po této úspěšné misi bude následovat návrh nové, větší mise, která povede k návrhu celé konstelace podobných satelitů, která umožní monitorovat celou oblohu v reálném čase. Pomocí trigonometrie bychom pak chtěli určit přesnou polohu záblesku. V současné době monitorujeme díky zhruba jednu šestnáctinu zorného pole,“ popisuje výzkumník.
VZLUSAT-1
První družice, na jejímž vývoji se Inneman podílel, je VZLUSAT-1. Ta je na oběžné dráze už od roku 2017. Během 48 hodin zařízení provede snímání radiační mapy okolo celé planety Země. Získaná data se k uživatelům dostávají přes pozemní stanici Západočeské univerzity v Plzni. „Na radiačních mapách můžeme vidět změny magnetosféry, které pozorujeme díky rentgenovému dalekohledu. Je to nejmenší rentgenový dalekohled, který kdy byl vypuštěn do vesmíru. Nicméně výsledné mapy jsou srovnatelné s radiačními mapami získanými z velkých satelitů. Součástí rentgenového zařízení je pixelový křemíkový detektor od firmy Advacam. Kromě toho na oběžné dráze testujeme mechanické vlastnosti kompozitů. Za pět let jsme nezjistili žádnou změnu mechanických vlastností, přičemž teploty na výklopném kompozitovém panelu kolísají během 90 min od -70°C do 85°C. Na této části projektu spolupracujeme s firmou 5M, díky které byl vyvinut kompozní radiační štít na ochranu elektroniky.“
I na základě popsaného úspěchu se teď Výzkumný a zkušební letecký ústav, který oba projekty koordinoval jako hlavní integrátor, zabývá novými vesmírnými projekty družic. „Společně jsme navrhli, postavili a otestovali vakuový testovací tunel, kde můžeme testovat nově vyvíjenou rentgenovou optiku a detektory určených pro využití ve vesmíru,“ říká Inneman.
VZLUSAT-1 je nejdéle žijící takto malý satelit na světě, i díky uvedenému radiačnímu štítu, který chrání elektroniku. „Důkazem výjimečnosti je i to, že VZLUSAT-1 odstartoval ve skupině celkem padesáti malých družic, přičemž některé vydržely fungovat jen pár týdnů, jiné několik měsíců, a po pěti letech je naše česká družice jako jediná plně funkční,“ popisuje vědec.
Spolupráce s ESA
Rigaku a dalších šest českých společností (Advacam, 5M, HVM Plazma, BD Senzors, TTS , Serenum a VZLU) po pěti letech práce také dokončila inovativní projekt s Evropskou vesmírnou agenturou (ESA). „Vyvinuli jsme nový typ dlouhofokální rentgenové optiky. Kromě toho vznikl rentgenový demonstrátor 4U CubeSatu obsahující jedinečné spojení optiky, pixelového detektoru a spektrometru,“ říká Inneman.
Tyto technologie by mohly být použity například pro dálkový průzkumu Měsíce. Už se připravuje orbitální stanice. Půjde o spolupráci ESA s NASA. „Budeme skenovat povrch Měsíce pomocí spektrometru, který jsme vyvinuli. Je to dost unikátní zařízení, kde kombinujeme optiku se dvěma typy detektorů. Cílem je například najít ložiska nerostných surovin. Počítá se s tím, že Měsíc bude pravděpodobnou startovací základnou pro meziplanetární lety. Dálkový průzkum surovin je proto nezbytný,“ uzavírá Adolf Inneman z Rigaku Innovative Technologies Europe.
