W Centrum Badań Kosmicznych PAN trwają prace nad GLOWS – pierwszym całkowicie polskim eksperymentem i instrumentem przygotowywanym na misję NASA IMAP. Zakończyła się już budowa modelu inżynierskiego, a testy przebiegają pomyślnie.
Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) to satelita NASA, którego celem ma być badanie heliosfery, czyli obszaru, w którym ciśnienie wiatru słonecznego przeważa nad tym wywieranym przez materię międzygwiezdną. To rozbudowana kontynuacja innej misji heliosferycznej – Interstellar Boundary Explorer (IBEX). Ten satelita naukowy NASA został opracowany, by wykonać pierwszą mapę obszarów leżących na granicy Układu Słonecznego i przestrzeni międzygwiezdnej. Przy misji IBEX pracowali specjaliści z Centrum Badań Kosmicznych PAN. Wkład Polaków został bardzo wysoko oceniony, co zaowocowało zaproszeniem do udziału w misji IMAP.
W ramach przygotowania eksperymentu zaprojektowaliśmy cały przyrząd: układ optyczny, elektronikę, system zasilania elektrycznego, oprogramowanie do zbierania danych na pokładzie i ich transmisji na Ziemię oraz koncepcję systemu przetwarzania danych na Ziemi – wyjaśnia profesor Maciej Bzowski, szef zespołu GLOWS.
Grupa wykonała prototypy poszczególnych części składowych instrumentu i sprawdziła ich działanie w warunkach laboratoryjnych.
Skonstruowaliśmy komputerowy model poświaty heliosferycznej, zbadaliśmy tło pozaheliosferyczne oczekiwane w eksperymencie, zidentyfikowaliśmy i wprowadziliśmy do modelu znane źródła astrofizyczne promieniowania Lyman-alfa, a także stworzyliśmy listę gwiazd, które posłużą do kalibracji przyrządu. Zbudowaliśmy też prototyp GLOWS i uruchomiliśmy go w warunkach laboratoryjnych. Wreszcie sprawdziliśmy, że przyrząd widzi promieniowanie Lyman-alfa, które ma obserwować w kosmosie. Oznacza to, że zarejestrowaliśmy pierwsze światło – wylicza profesor Bzowski.
Dodajmy, że GLOWS jest pierwszym całkowicie polskim eksperymentem i instrumentem przygotowywanym na misję NASA.
Otrzymaliśmy możliwość zarówno zaplanowania eksperymentu, jak o zbudowania absolutnie własnego przyrządu i śledzenia rejestrowanych przez niego danych. Sądzę też, że jako pierwsi będziemy mogli przedstawić własne wyniki tych unikatowych pomiarów. Jesteśmy przekonani, że wkrótce po tym przedstawimy na forum międzynarodowym potwierdzenie naszych teorii, które były inspiracją tego eksperymentu. Z tego punktu widzenia praca nad instrumentem GLOWS na misje NASA IMAP to wyjątkowo cenne doświadczenie. W Centrum Badań Kosmicznych PAN nauka zawsze inspirowała rozwój technologii, co skutkuje synergią efektywnych i celowych działań – mówi prof. dr hab. Iwona Stanisławska, dyrektor Centrum Badań Kosmicznych PAN.
Na przełomie sierpnia i września tego roku odbył się przegląd – tzw. critical design review (CDR) – instrumentu GLOWS. Wzięli w nim udział specjaliści między innymi z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore, Southwest Research Institute (San Antonio, Teksas) i NASA. CDR zakończył się pomyślnie, co oznacza, że po zrealizowaniu zaleceń kontrolnych mogliśmy przystąpić do budowy właściwego urządzenia, czyli tzw. modelu lotnego, który zostanie wysłany w przestrzeń kosmiczną, oraz do dalszych testów egzemplarza inżynierskiego. Kompletny model został poddany oświetleniu światłem o docelowej długości fali. Test przeprowadzony został w komorze próżniowej, w warunkach zbliżonych do tych, jakie przewidujemy na orbicie – wyjaśnia dr inż. Roman Wawrzaszek z Laboratorium Satelitarnych Aplikacji Układów FPGA CBK PAN. Instrument zarejestrował sygnał, czyli tzw. „pierwsze światło”, zgodnie z oczekiwaniami. Oznacza to, że nie tylko sam projekt został uznany za dostatecznie dojrzały na niedawnym przeglądzie CDR, ale przede wszystkim, że prototyp inżynierski działa – dodaje dr Wawrzaszek.
Jak informują nasi specjaliści, test zmontowanego instrumentu przebiegł bez problemów. Po integracji, którą przeprowadzono w warunkach wysokiej czystości w tzw. cleanroomie CBK PAN, instrument został umieszczono w komorze termiczno-próżniowej. Testy w komorze termiczno-próżniowej przeprowadzał inż. Kamil Jasiński.
Ponieważ był to pierwszy test kompletnego systemu GLOWS z wykorzystaniem lampy deuterowej jako źródła promieniowania UV w linii Lyman-alfa, musieliśmy dopasować liczbę filtrów i tłumików optycznych do poziomu sygnału, który mamy mierzyć docelowo. Wymagało to kilkukrotnego odpompowywania komory i zmian konfiguracji – wyjaśnia dr inż. Roman Wawrzaszek.
Ilustracja: Montaż instrumentu GLOWS w nowej komorze TVAC w przebudowanym „clean-room” Centrum Badań Kosmicznych PAN. W komorze znajduje się Jakub Mądry w komorze, na zewnątrz Waldek Bujwan
W najbliższych miesiącach inżynierowie zespołu GLOWS będą pracować nad finalizacją produkcji podzespołów modelu kwalifikacyjnego oraz lotnego instrumentu GLOWS. Następnym kamieniem milowym będą testy modelu kwalifikacyjnego – wyjaśnia menadżer projektu inż. Karol Mostowy
Doświadczenie zdobyte przy projekcie GLOWS jest bezcenne i może otworzyć Polsce nowe ścieżki naukowe.
Obserwacje satelitarne w zakresie UV to wciąż nowatorska i przyszłościowa dziedzina badań kosmosu. Unikatowe doświadczenia i bardzo specjalistyczna infrastruktura techniczna, w obu przypadkach zdobyte w trakcie realizacji GLOWS, stanowią doskonałą podstawę do realizacji w Polsce przyszłych misji satelitarnych – tym bardziej, że obserwacje w zakresie UV proponuje szereg ważnych ośrodków naukowych, również polskich – mówi dr hab. inż. Piotr Orleański, z-ca dyrektora CBK PAN ds. rozwoju technologii.
Satelita IMAP ma zostać wyniesiony w kosmos w 2025 roku.
Informacje o misji IMAP i udziale w niej Centrum Badań Kosmicznych PAN
Misja IMAP jest tworzona przez międzynarodowy zespół naukowy pod kierownictwem profesora Davida J. McComasa z Uniwersytetu Princeton, a realizację projektu koordynuje Applied Physics Laboratory (APL) na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa. Z ramienia NASA misję koordynuje Heliophysics Division w Science Mission Directorate.
W międzynarodowym konsorcjum przygotowującym misję obok CBK PAN znalazły się takie instytucje, jak m.in. APL, MIT, Caltech, JPL/NASA i kilkanaście innych cenionych ośrodków badawczych i uniwersyteckich. Sonda kosmiczna IMAP wyposażona będzie w dziesięć instrumentów naukowych, z których jeden – GLOWS właśnie – powstaje w CBK PAN, które jest odpowiedzialne za cały proces związany z GLOWS: od złożenia propozycji eksperymentu, przez projekt i budowę instrumentu, aż po analizę zebranych dzięki niemu danych i sformułowanie wniosków naukowych.
Instrument GLOWS budowany jest przez kilkunastoosobowy zespół inżynierów z Laboratorium Satelitarnych Aplikacji Układów FPGA, Laboratorium Fotoniki i Mikromechaniki i Laboratorium Robotyki i Mechatroniki Satelitarnej CBK PAN, kierowany przez dra inż. Romana Wawrzaszka, głównego inżyniera projektu. W ramach tych prac skonstruowana zostanie część detektorowa ze specjalnie zaprojektowanym układem optycznym, układ zasilania elektrycznego, komputer instrumentu wraz z oprogramowaniem oraz niezbędna naziemna aparatura wspomagająca i testowa oraz oprogramowanie naukowe. Za część naukową projektu odpowiada zespół uczonych z Zespołu Fizyki Układu Słonecznego i Astrofizyki CBK PAN. Menedżerem projektu jest mgr Karol Mostowy.
Na budowę instrumentu oraz przeprowadzenie eksperymentu GLOWS Ministerstwo Edukacji i Nauki Kwotę przeznaczyło kwotę 16 milionów złotych (rozłożoną na lata 2021–2026).
Źródło: CBK PAN
Opracowanie: Paweł Z. Grochowalski
