Zvětšit obrázek

Echo 1 – skupinové foto. (Zdroj: upload.wikimedia.org)

Jedna věc je se do těchto míst dostat a druhá posílat odsud vědecky cenná data. Malé anténky pár set kilometrů nad Zemí stačily, pro vzdálenější kosmos jsou nepoužitelné a pouhé zvětšení kvůli omezenému prostoru v nosné raketě není možné. Naštěstí vyšla opět z dílny americké univerzity MIT (Massachusetts Institute of Technology) další úžasná technologie, která tyto problémy řeší.

Balóny na oběžné dráze
Tou technologickou novinkou jsou nafukovací antény. Ne snad, že by se nikdy v historii nafukovací anténa v kosmu neobjevila. Naopak jedním z prvních satelitů na oběžné dráze byl vlastně velký nafukovací balón, sloužící k pasivnímu odrazu radiového signálu. Jestli tipujete, že tím satelitem bylo ECHO 1  vypuštěné v roce 1960, hádáte správně. U něj se však nejednalo o anténu v pravém slova smyslu. Do našich dnů se ještě několik podobně koncipovaných satelitů do vesmíru podívalo. Spočítali byste je však na prstech obou rukou. Ty starší se podobaly ECHU, ty novější už byly blíže dnes zmiňované koncepci, kdy se jednalo o skutečnou nafukovací anténu. Pořád ale šlo o satelity velkých rozměrů a hmotností.

Zvětšit obrázek

Anténa v elektromagnetické komoře. (Zdroj:img.mit.edu)

Aktuální vynález, jak jsme si nastínili v úvodu, je mnohem skromnějších rozměrů než objemní předchůdci. Prototyp atakuje v nafouknutém stavu 1 metr. Finální verze by mohla být ještě větší. Záleží na tom, jak dobře se ji povede do cubesatu vměstnat. Ve složeném stavu, kdy čeká uvnitř satelitu, nesmí její rozměry přesáhnout 10 centimetrů kubických.

Magický prášek
Původní nafukovací satelity používaly systémy tlakových ventilů plnících daný balón či anténu. Toto těžkopádné a objemné zařízení se pro miniaturní satelity příliš nehodí. Navíc cubesaty jsou z drtivé většiny pouhým sekundárním nákladem raket, takže v žádném případě nesmí ohrozit hlavní cenný náklad, což by teoreticky hrozilo, pokud by některý tlakový ventil selhal nebo dokonce explodoval. A to se vůbec nebavíme o stejné nehodě v případech, kdy se vypouští cubesat z pilotované lodi či stanice.

Zvětšit obrázek

Anténa z mylaru, Alessandra Babuscia a její tým. (Zdroj: images.iop.org)

Týmu z MITu vedeném postgraduální výkumnou pracovnicí Alessandrou Babuscia  bylo jasné, že tudy cesta nevede. Originální, lehčí a bezpečnější řešení se jim nakonec podařilo nalézt. Spočívá v sublimujícím prášku, chemické sloučenině, která se mění z pevného prášku na plyn, pokud je vystavena nízkému tlaku. „Je to skoro jako kouzlo,“ vysvětluje Babuscia. „Jakmile jste v kosmu, rozdíl v tlaku vyvolá chemickou reakci, která změní sublimující prášek z pevného skupenství na plynné, čímž nafoukne anténu.“

Zvětšit obrázek

Válcová anténa ve vakuové komoře. (Zdroj: web.mit.edu)

Testování antény
Babuscia a její kolegové postavili dva prototypy antény. Jeden měl tvar kužele a druhý tvar válce. Oba byly z mylaru a splňovaly ve složeném stavu podmínku maximální velikosti 10 cm kubických. V tomto minimálním objemu se umístily do vakuové komory spolu s několika gramy kyseliny benzoové, což byl právě již zmiňovaný sublimující prášek. Pak snižovali tlak, až se zastavili na hodnotě o málo vyšší než panuje ve vesmíru. Prášek se při reakci změnil na plyn a nafoukl anténu do požadovaného tvaru.

U obou typů antén byly testovány jejich elektromagnetické vlastnosti. Ty napoví jak efektivně dokáže anténa přenášet signál. Nakonec o maličko lepších výsledků dosáhla anténa válcovitého tvaru. V porovnání s anténami na současných cubesatech dokáže nafukovací anténa přenést signál ze 7x větší vzdálenosti až s 10x rychlejším přenosem dat. Z geosynchronní orbity tak vysílání a příjem nepředstavuje problém, při citlivějších aparaturách můžete tuto anténu použít u Měsíce a při dalším vylepšení se můžete vydat i dál.

Zvětšit obrázek

Porovnání válcové a kuželové antény, dole zisk antén. (Zdroj: web.mit.edu)

Ještě jednu výhodu má nová koncepce nafukovací antény oproti předchůdkyním plněným klasicky. Tím, že je vyrobena z velmi tenkého mylaru, jí hrozí penetrace od drobných tělísek jako jsou mikrometeoroidy nebo i pouhé prachové částice, případně drobné časem vznikající netěsnosti. Ovšem díky tomu, že je plyn doplňován z prášku chemickou reakcí při poklesu tlaku, funguje celý systém prakticky jako samočinná regulace. Při dostatečném tlaku reakce sama ustane a při dalším poklesu se opět nastartuje.

Funkční období je tak závislé na množství prášku, který bude plyn do antény postupně dodávat. Toto bude součástí dalších pokusů ve vakuové komoře, kdy mají být do mylaru udělány dírky a bude se zkoumat míra poškození, při které je schopna anténa bez zhoršení parametrů fungovat a také množství prášku k doplňování plynu v závislosti na čase a velikosti úniků. Odhaduje se, že i když bude anténa protkána malými otvory, přesto prášek vydrží na několik let provozu.

Tyto nové testy se již nebudou provádět v laboratořích MIT, ale přesunou se do NASA, konkrétně do Laboratoře tryskových pohonů (Jet Propulsion Laboratory – JPL), kde si je pod patronát vezme odborník na kosmické komunikační systémy Kar-Ming Cheung.

Zvětšit obrázek

Rozkládací koncepce agentury DARPA (Zdroj:1.bp.blogspot.com)

Celé odvětví cubesatů směřuje k tomu, aby si sondy do vzdálenějšího kosmu mohly vyrábět přímo univerzity nebo menší týmy bez velkých rozpočtů. Koncept nafukovací antény není jediným, který se pro zlepšení parametrů antén cubesatů vyvíjí. Například armádní agentura

DARPA se vydala trochu jinou cestou. Koncepce firmy Tethers Unlimited, Inc. na základě zadání od DARPy připomíná s trochou nadsázky deštník. Zde se mohou využít zkušenosti nabyté při návrzích solárních plachetnic. Dá se říci, že při nízké hmotnosti cubesatu a přitom velkém objemu, který díky nafukovací či rozkládací anténě získá, se již projeví tlak slunečního záření, se kterým bude třeba počítat a případně ho využít.

Zdroje informací:
http://aeroastro.mit.edu/news-events/inflatable-antennae-could-give-cubesats-greater-reach
http://web.mit.edu/babuscia/www/Research_activity.htm
http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/sep/17/inflatable-antenna-could-send-tiny-satellites-beyond-earth-orbit
http://cs.wikipedia.org/wiki/Massachusetts_Institute_of_Technology
http://nextbigfuture.com/2013/09/structureless-antenna-and-inflatable.html
Zdroje obrázků:
http://web.mit.edu/newsoffice/images/article_images/tn/20130905164932-0.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/43/Echo-1.jpg
http://img.mit.edu/newsoffice/images/satellite-antenna-560.jpg
http://web.mit.edu/babuscia/www/Infl_cyl_vac.jpg
http://images.iop.org/objects/phw/news/17/9/14/antenna2.jpg
http://1.bp.blogspot.com/-3HcnkhGVnbA/UiEjYAlYgaI/AAAAAAAApHk/G12TwZE4mks/s1600/SLAAPS_Umbrella.png
http://web.mit.edu/babuscia/www/Infl_cyl_CAD.png
http://web.mit.edu/babuscia/www/Infl_feko_3D.png
http://web.mit.edu/babuscia/www/Infl_con_CAD.png
http://web.mit.edu/babuscia/www/Infl_feko_con.png
Psáno pro Kosmonautix a Osel.cz



____________________________________________________________________
Poznámka redakce - upozornění na akci:

Ústav makromolekulární chemie vás srdečně zve na vědecko – populární přednášku: Je možná hvězdná budoucnost lidstva? aneb povídání o možné kolonizaci vesmíru

Zatím lidstvo kolonizuje Sluneční soustavu či dokonce Galaxii pouze v dílech autorů science fiction. Aby se vize popsané v jejich dílech realizovali i ve skutečnosti, musí se vyřešit zdroje energie pro pohon kosmických plavidel i zajištění životních podmínek. Také však způsob ochrany lidí před vražedným prostředím meziplanetárního a mezihvězdného prostředí. Seminář se pokusí konfrontovat fantastické vize s realitou a posoudit možnosti, které před sebou lidstvo v této oblasti má. Tyto úvahy jsou aktuální i na základě rychlého zvětšování počtu objevených exoplanet, které by mohly být cílem mezihvězdných letů.

Přenášku bude vést Vladímír Wagner z Oddělení jaderné spektroskopie ,Ústav jaderné fyziky AV ČR 
Vladímíra Wagnera doře znáte z článků na Oslovi a na svém mateřském pracovišti v Řeží se zabývá výzkumem možnosti využití produkce neutronů pomocí tříštění jader protony s velmi vysokou energií a využitím tohoto procesu pro "spalování" jaderného odpadu.

KDE: Ústav Makromolekulárnie chemie AV CR v.v.i., Heyrovského nam. 2, Praha 6 – Břenov, 162 06, posluchárna A, Tram č. 1, zastávka Petřiny.
KDY: 10.10.2013, přednáška začína v 16:30, posluchárna A, vestibul ústavu.