Home Satelity Misja Herschel/Planck
Duma kosmicznej Europy : misje Herschel / Planck PDF Print E-mail
Written by Rafal Burek   
Wednesday, 16 May 2012 00:00

 

SATELITY, KTÓRE SĄ OCZAMI WSPÓŁCZESNEJ NAUKI

Od czasów, gdy Kopernik udowodnił, że Ziemia kręci się wokół Słońca minęło już ponad 450 lat. Świadomość ludzkości na tematy takie jak planety, Układ Słoneczny czy Wszechświat wzrosła do niewyobrażalnych w przeszłości rozmiarów. Nowoczesne komputery stanowią podstawowe narzędzie obliczeniowe, nowe metody technologiczne pozwalają opracować dokładniejsze instrumenty badawcze. Jednym z największych osiągnięć jest możliwość budowania obiektów umieszczonych później na orbicie, czyli satelitów. Do tej pory na orbicie okołoziemskiej znajduje się około 994 aktywnie działających satelitów (1), z czego największą grupę stanowią satelity telekomunikacyjne czy telewizyjne. Wśród tej całej grupy obiektów, nieznaczny procent stanowią satelity typowo naukowe, czyli instrumenty pozwalające naukowcom szukać odpowiedzi na kolejne pytania, tym samym potwierdzać / obalać istniejące teorie.

 

Gdy podchodzimy do problemu wszechświata (który jest oczywiście bardzo skomplikowany) polecam wykład przeprowadzony przez George Smoot-a (laureat nagrody nobla w dziedzinie kosmologii) na stronie TED talks (udostępnione jest również tłumaczenie na język Polski). Jeśli interesuje was jak wyglądają kosmiczne badania w tej dziedzinie przez Europejskie satelity, radzę czytać dalej ......

 

W Europie organizacją odpowiadającą za projektowanie, budowanie i sterowanie satelitów naukowych jest Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). W jej skład wchodzą państwa europejskie (w sumie 19, łącznie z Rumunią, która dołączyła w tym roku). Państwami współpracującymi z ESA są min Canada oraz USA. Głównymi ośrodkami ESY są (2) :

 

- Centrala główna Europejskiej Agencji Kosmicznej (Paryż, Francja)
- ESTEC (European Space Research and Technology Centre w Noordwijk, Holandia)
- ESOC (European Space Operations Centre w Darmstadt, Niemcy)
- ESAC (European Space Astronomy Centre w Villanueva, Hiszpania)
- EAC (European Astronauts Centre, w Cologne, Niemcy)
- ESRIN (ESA Centre for Earth Observation w Frascati, Włochy)

 


 

ESOC jako główny ośrodek do sterowania satelitami stanowi “serce” wszystkich misji naukowych organizowanych przez ESA. To stąd sterowane są wszystkie misje planetarne (takie jak : Mars Express, Venus Express, Rosseta), obserwacyjne (np. Envisat, Goce, Cryosat), czy “typowo naukowe” (Herschel, Planck, XMM Newton, Cluster). Znajduje się tutaj Główne Centrum Sterowania (Main Control Room) , z którego odbywa się sterowanie satelita w początkowej fazie misji, ( czyli LEOP - Launch and Early Operations) gromadząc przy tym jak najwięcej specjalistów w jednym miejscu. Stąd zarządzany jest również system ESTRACK, czyli sieć stacji naziemnych na całym świecie  (w sumie 10 stanowiących trzon stacji naziemnych ESA) (3). System ten umożliwia komunikacje z satelita, czyli wysyłanie poleceń (telekomendy) oraz pobieranie z nich danych (telemetrii).  To właśnie korzystanie z tego systemu stacji umożliwia codzienna komunikacje z dwoma najnowszymi satelitami wysłanymi przez ESA tj. Herschel i Planck. Obie te misje stanowią aktualnie główne narzędzie naukowców z całego świata do obserwacji „zimnego Wszechświata” w zakresie promieniowania które badają.


 

 

 

 

 

 

PODOBIEŃSTWA

 

Herschel i Planck, mają więcej cech wspólnych niż różnic, gdyby przyjrzeć im się trochę bliżej. Podstawową cechą podobieństwa ich jest to, że obie satelity wykonują obserwacje „ekstremalnie” zimnych obiektów w kosmosie. Czynnik ten ma też największy wpływ na czas trwania misji, co w szerszy sposób zostanie omówiony w dalszej części artykułu. By mogły to robić, wymagane jest by instrumenty dokonujące pomiarów posiadały jeszcze mniejszą temperaturę. W przeciwnym wypadku same stały by się źródłem promieniowania w zakresie, w którym chcą dokonywać pomiarów. Dlatego też każdy z satelitów został podzielony na dwie części: „zimną” w skład, której wchodzi teleskop i instrumenty pomiarowe (górna część satelity), oraz „ciepłą” zawierającą systemy odpowiedzialne za prawidłowe działanie całej satelity (dolna część).

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obie satelity zostały wysłane 14 Maja 2009 o godzinie 13.12 UTC (według czasu uniwersalnego) z Francuskiej Guiany przez rakietę Ariane 5 ECA. Aktualnie znajdują się one w okolicach drugiego punktu Lagrange’a, czyli miejsce, w którym równoważą się siły grawitacyjne między Ziemią a Słońcem.

 


 

Punkt ten oddalony jest od Ziemi o 1,5 miliona kilometrów. Satelity w tej odległości od Słońca, Ziemi i Księżyca, dzięki zachowaniu jednostajnej pozycji, utrzymują tez stabilny stan termiczny. By te „ciała niebieskie” nie miały wpływu na wyniki w zakresie promieniowania podczerwonego, wystarczy by satelity obserwowały to, co znajduję się po przeciwnej stronie. Jednocześnie utrzymując niezmienny pobór energii z paneli słonecznych ustawionych w kierunku Słońca.


 



 

Konstrukcja modułów opowiadających za odpowiednią prace satelitów (Service Module - SVM) jest również bardzo podobna. W jej skład wchodzi komputer pokładowy, system odpowiedzialny za kontrole pozycji, zasilania, komunikacji oraz utrzymanie stanu termicznego. Pod względem sterowania, obie satelity komunikują się trzy godzinny dziennie głównie używając stacji naziemnej w New Norcia, Australia (4). Sygnał poruszający się z prędkością światła dociera do Ziemi po około 5 sekundach, co jest bardzo wygodnym czynnikiem. Dla porównania sygnał wysłany z Mars Express-a znajdujący się na orbicie Marsa, dociera do Ziemi maksymalnie po około 21 minutach, czyli po wysłaniu instrukcji do satelity, można spokojnie wybrać się na spacer, gdyż oznacza to, że potwierdzenie jej wykonania przyjdzie na Ziemię po 42 minutach.


 

 

Gdyby porównać budżety obu misji to spora przewagę ma Herschel, którego całkowity koszt wynosi około 1 biliona EURO, podczas gdy Plancka 600 milionów EURO(podliczając koszt wystrzelenia, budowy, testów, sterowania itp.). Dla Herschela przeliczając to na liczbę dni dokonywania obserwacji, wychodzi że na dzień misji przypada 1 milion EURO (5).

 

 

HERSCHEL


Herschel, jako największy teleskop tego typu wysłany w kosmos (średnica teleskopu ma 3,5 metra, dla porównania teleskop Hubbla ma zwierciadło o średnicy 2,4m i jest prawie trzy razy cięższy)(6) .Został zbudowany głównie z węgla - krzemu SiC (~90% masy całkowitej), gdzie największym wyzwaniem było połączenie mniejszych części w jedną całość. Ponad dwie dekady zajęło opracowanie technologii tak by można było 12 oddzielnych kawałków połączyć, a następnie odpowiedzieć uziemić i wypolerować. Aktualnie technologia ta znajduje zastosowanie przy innych misjach takich jak GAIA czy James Webb Space Telescope (JWSP). Warto tu zaznaczyć, że głównym czynnikiem ograniczającym wielkość teleskopu jest średnica ładunku, jaki może zostać umieszczony wewnątrz rakiety ARIANE 5. Herschel ma 7.5 m wysokości oraz 4 m szerokości. Podczas startu jego masa całkowita wynosiła 3.500 kg, gdzie sama konstrukcja to 2800 kg).

 

Początki misji sięgają lat 80- tych gdy to projekt o nazwie FIRST (Far InfraRed and Submillimetre Telescope) został zaproponowany Europejskiej Agencji Kosmicznej jak kluczowy dla rozwoju nauki. Gdy w 1995 roku ESA wysłała satelitę ISO, która dowiodła, że obserwacje w zakresie podczerwonym i submilimetrowym są interesujące szczególnie dla astronomów, misja zyskała o wiele więcej zwolenników i nabrała tępa.

 


 

W 2000 roku nazwa misji została zmieniona na Herschel ku czci Williama Herschela, odkrywcy promieniowania podczerwonego. Kampania testowa trwała od sierpnia 2005 roku do lutego 2009). Herschel nie tylko miał za zadanie uzyskać lepszą rozdzielczość, ale również pokrywać zakres częstotliwości, który do tej pory nie był obserwowany.

 

Ponieważ atmosfera swego rodzaju katalizator tego co trafia na Ziemię (miedzy innymi w zakresie 1 mm do kilkudziesięciu μm) . Dlatego w wielu przypadkach wysyłanie satelitów jest jedynym wyjściem by dostrzec więcej. Herschel można powiedzieć stanowi tutaj to brakujące ogniwo. Wśród wielu celów naukowych, które stawiano sobie podczas budowy Herschala, najczęściej spotykane jest stwierdzenie, że umożliwi on szczegółowe badania chłodnego Wszechświata w zakresie promieniowania podczerwonego. Podczas gdy tradycyjna astronomia zajmuje się głównie ciałami zbudowanymi z plazmy, chłodniejsze obiekty niestety nie mogą być dostrzeżone na Ziemi ze względu na atmosferę. Ciała posiadające temperaturę mniejszą od 1000 K (szczególnie 100K) największa emisje fali elektromagnetycznej mają właśnie w podczerwieni. Dzięki obserwacji w tym zakresie można poszukiwać odpowiedzi na pytania np. jak powstały galaktyki czy gwiazdy, jaki jest skład chemiczny czy stan fizyczny (temperatura, masa), czy wśród nich znajdują się związki organiczne. Jednym z niedawno ogłoszonych odkryć jest to, że kometa Hartley 2, obserwowana w odległości 16.4 milionów km, zawiera skład chemiczny wody identyczny do tego, który występuje w ziemskich oceanach. Tak, więc czy woda na Ziemi pochodzić może z podobnej komety?

 

 

Herschel schładzany jest w sposób „tradycyjny”, gdzie na pokładzie znajduje się zbiornik, który podczas startu wypełniony został 2367 litrami płynnego Helu o temperaturze -271.5 ºC (1.65 K) . Wstępnie schładzany do temperatury – 200 ºC (73.15 K) poprzez wymianę termiczną z otoczeniem.


 

Zbiornik wraz z instrumentami otoczony został trzema warstwami termalnymi tak by mieć jak najmniejszy wpływ czynników zewnętrznych. Wewnątrz natomiast Hel przepływający w kanałach schładza wszystko do temperatury od – 271.15 ºC (2 K) do -258.15 ºC (15 K) by po zwiększeniu temperatury być uwolnionym w przestrzeń kosmiczna. Dla porównania temperatura, w której pracuje teleskop wynosi ~ -188.15 ºC 1(85 K). Ponieważ nie ma możliwości napełnienia zbiornika w kosmosie, jego ubytek limituje czas trwania misji. Ustalono, że Helu starczy na około 4 lata, co powinno dać w sumie około 20,000 godzin obserwacji astronomicznych.

 


 

Na pokładzie Herschela znajdują się trzy instrumenty:

 

HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared)

 

PACS (Photodetecting Array Camera and Spectrometer)

 

SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver)

 

Każdy z nich pokrywając pewien zakres częstotliwości jest w stanie zdobyć różną informacje o konkretnym obiekcie (wszystkie one pracują w zakresie od 55 do 671 µm). Ich budowa zajmowały się zespoły z całego świata, w tym także z Polski. Zespół z Centrum Badań Kosmicznych PAN zbudował system zasilania, sterowania oraz kontroli oscylatora instrumentu HIFI.

Herschel udostępniony został na konkretnych warunkach dla naukowców z całego świata. 32% czasu obserwacji jest „gwarantowany” dla tych instytucji, które budowały bądź miały duży wkład w rozwój misji (w tym również polskie). Pozostałe 68 % przeznaczone zostało dla społeczności międzynarodowej, gdzie każdy mógł zaproponować obiekt, który chciałby obserwować podając uzasadnienie swojego wyboru. Wszystkie sprawy związane z organizacją obserwacji bądź udostępnianiem danych koordynowane są przez Biuro Naukowe Herschela (Herschel Science Office – HSO, Madryt, Hiszpania). Jak do tej pory opublikowane zostało prawie 400 publikacji opierających się na wynikach dostarczonych dzięki satelicie Herschel.

Galerię zdjęć wykonanych przy pomocy Herschel-a można znaleźć na oficjalnej stronie ESA -> ESA Gallery Herschel

PLANCK

Głównym założeniem misji jest badanie promieniowa reliktowego (CMB – Cosmic Mikrowave Background), czyli emisji fali elektromagnetycznej stanowiącej „tło” Wszechświata o bardzo małych wahaniach temperatury (od 2.7249K do 2.7252K) (15). Gdyby Wielkiego Wybuchu nie było, oraz wszystko we Wszechświecie znajdowała się w tym samym miejscu (teoria stanu stacjonarnego) promieniowanie te nie miało by prawa istnieć. Na ślad tego zjawiska natknięto się, w 1965 roku, gdy to odkryto sygnał radiowy o tym samym natężeniu we wszystkich zakątkach świata. W 1991 roku zespół Georgia Smoot-a oraz John-a Mather-a udowodnił ze taka materia istnieje (potwierdzając słuszność teorii Wielkiego Wybuchu), za co otrzymał 2006 roku Nagrodę Nobla korzystając z wyników satelity COBE. Planck, jako satelita trzeciej generacji (poprzednicy to COBE i WMAP) ma również podobne aspiracje.

 


 

Jednym z pierwszych wyników, które ujrzało światło dzienne było zdjęcie Wszechświata, na którym widać promieniowanie reliktowe, natomiast największa cześć zajmuje promieniowanie wytwarzana przez nasza Galaktykę, czyli Drogę Mleczna (widoczna na Ziemi przy wystarczająco dużej przezroczystości nieba). Aktualnie trwają intensywne prace nad odfiltrowaniem tego obrazu by mieć widoczność na “zakrytą” cześć Wszechświata, oraz nad badaniem tych obszarów gdzie obraz jest niezaburzony.


 


 


Planck na pokładzie posiada on dwa instrumenty:
HFI (High Frequency Instrument)
LFI (Low Frequency Instrument)
Mają one możliwość obserwacji w sumie na 9 różnych częstotliwościach (w zakresie od 33 GHz do 1 THz). Zakładano ze mapa całego nieba będzie zrobiona dwa razy. Aktualnie po przedłużeniu misji, Planck skanuje niebo po raz piaty.

 

Rozmiary : 4.2 m wysoki, 4.2 m szeroki. Masa startowa : 1900 kg.

Podczas gdy Herschel posiada największy teleskop, Planck przełamuje następną do tej pory nieosiągniętą granicę, gdyż część instrumentu HFI stanowi jak dotąd najzimniejszy obiekt, jaki kiedykolwiek został wysłany w kosmos.  Głównym zadaniem Plancka jest wychwytywanie różnic temperatur. Precyzja, z jaka skanuje niebo można porównać do „poszukiwania ciepła wytwarzanego przez królika na powierzchni Księżyca”. Tak wysokie wymagania zmusiły konstruktorów do zastosowania aż czterech różnych systemów schładzających, z czego działanie jednego jest uzależnione od poprzedniego. I tak temperatura schładzana jest kolejno do 50 K (pasywnie, poprzez odprowadzanie ciepła do otoczenia), do 18 – 20 K (sprężanie i rozprężanie wodoru), do 4 K (poprzez zamknięty obieg Joula-Thomsona), oraz do 0.1 K (korzystając ze zjawiska fizycznego, gdy to mieszanina płynnego Helu-3 i Helu-4 daje efekt schładzający). Ogrzany Hel, jak w przypadku Herschela, uwalniany jest w przestrzeń kosmiczna.

 

PLANCK

Galerię zdjęć wykonanych przy pomocy Planck-a można znaleźć na oficjalnej stronie ESA -> ESA Gallery Planck

 

PODSUMOWANIE

 

Chęć poznania przez człowieka coraz to nowych rzeczy wymusza odkrywanie coraz to nowszych metod i technologii. Gdy już cel zostanie osiągnięty okazuje się, że w miejsce pytania, które zostało rozwiązane pojawia się wiele innych. Obie misje są wynikiem podobnego schematu. Herschel i Planck jak do tej pory doprowadziły do rozwoju technologii dokonując przełomu w budowie teleskopów tego typu. Teraz pozostaje tylko mieć nadzieje, że niedługo podobny przełom dokona się w nauce, po opracowaniu wyników.

 

Rafał Burek

HERSCHEL / PLANCK Spacecraft Controller

 

 

Last Updated on Monday, 16 July 2012 23:39
 

Comments   

 
0 #3 Anemonalove 2017-07-16 08:23
Hi guys! Who wants to chat with me? I'm live at HotBabesCams.co m, we can chat, you can watch me live
for free, my nickname is Anemonalove , here is my pic:


https://3.bp.blogspot.com/-u5pGYuGNsSo/WVixiO8RBUI/AAAAAAAAAFA/JWa2LHHFI2AkHParQa3fwwHhVijolmq8QCLcBGAs/s1600/hottest%2Bwebcam%2Bgirl%2B-%2BAnemonalove.jpg
Quote
 
 
0 #2 AuroraX 2017-07-11 14:29
I must say you have high quality content here. Your content should go viral.
You need initial boost only. How to get massive traffic?

Search for; Murgrabia's tools go viral
Quote
 
 
0 #1 career guidance 2017-04-28 13:23
When someone writes an piece of writing he/she keeps the idea of a
user in his/her brain that how a user can be aware of it.

Therefore that's why this post is amazing. Thanks!
Quote
 

Add comment


Security code
Refresh

Banner
Joomla 1.5 layout, cheap business hosting.