Polacy przyczynią się do poznania czarnych dziur

Badania początków wszechświata i czarnych dziur

Celem misji ATHENA (Advanced Telescope for High Energy Astrophysics) jest m.in. zbieranie informacji na temat formowania i ewolucji grup galaktyk oraz czarnych dziur. Sonda łączy ogromny teleskop rentgenowski z potężnymi instrumentami naukowymi, które umożliwią badanie takich zjawisk, jak rozbłyski gamma, magnetyczne interakcje między planetami pozasłonecznymi i ich gwiazdami, gazy otaczające grupy galaktyk, zorze polarne Jowisza oraz komety w naszym układzie słonecznym.

ATHENA to druga po JUICE - misji, która ma badać układ planetarny Jowisza tzw. duża misja Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) w ramach programu naukowego „Kosmiczna Wizja” (ang. Cosmic Vision). Koszt wysłania teleskopu ATHENA ma przekroczyć 900 milionów euro, a wyniesienie instrumentu w przestrzeń kosmiczną jest planowane na 2028 roku. 

Polski udział w misji ATHENA

W ramach przygotowań do realizacji misji ATHENA SENER Polska podpisał kontrakt z ESA na zaprojektowanie, wyprodukowanie i przetestowanie prototypu Mechanizmu Selekcji Instrumentów (ISM - Instrument Selection Mechanism).

Teleskop ATHENA przenosi dwa niezależne instrumenty: spektrometr (X-IFU) i przetwornik wizyjny (WFI) do pomiaru fal rentgena. Mechanizm Selekcji Instrumentu (ISM - Instrument Selection Mechanism), który opacuje SENER Polska na mocy kontraktu z ESA służy do zmiany, w zależności od potrzeb pomiędzy wymienionymi wcześniej urządzeniami pomiarowymi. Aby tego dokonać pole ogniskowej teleskopu będzie umieszczane w płaszczyźnie ogniskowej odpowiedniego instrumentu. ISM umożliwi zatem wykorzystywanie jednego wielkiego lustra na potrzeby obu instrumentów. Warto dodać, że jest to rozwiązanie rzadko stosowane w misjach kosmicznych z uwagi na złożoność tego rozwiązania.

Podobnie, jak w przypadku wcześniejszych projektów realizowanych dla ESA, SENER Polska będzie współpracować z polskimi podwykonawcami.

Większość prac nad koncepcją mechanizmu wykonają nasi inżynierowie, ale liczymy na udział krajowych partnerów w rozwiązywaniu niektórych problemów projektowych oraz w produkcji i testach mechanizmu. Prowadzimy już rozmowy z kilkoma firmami i instytutami badawczymi.

Konstrukcja sondy w rękach polskich inżynierów

Zespół SENER Polska będzie musiał zmierzyć się z nietypowymi zadaniami związanymi ze specyficzną budową teleskopu i rozmiarami jego lustra. W przypadku prób „złapania” wysoce przenikalnych promieni rentgenowskich lustro oznacza raczej strukturę podobną do gąbki, która pozwala na nieznaczne zakrzywienie tych promieni i w efekcie ich skupienie – jak przez soczewkę. Wymaga to jednak zastosowania wielkiego i ciężkiego lustra (ponad 2 metry średnicy i 1,2 tony masy) oraz długiego teleskopu (ponad 12 metrów).

Wyzwaniami dla inżynierów będą ogromne obciążenie statyczne lustra i tłumienie jego wstrząsów podczas startu, a także stworzenie bardzo precyzyjnego systemu ruchu i kontroli siłowników ISM, tak żeby nie przenosić zbyt dużych sił na teleskop podczas obrotu zwierciadła, co w warunkach zerowej grawitacji mogłoby doprowadzić do destabilizacji położenia sondy. Zbyt duże siły mogłyby też uszkodzić samo lustro. Inżynierowie muszą również zaprojektować tzw. mechanizm podtrzymująco-zwalniający (HDRM - Hold Down & Release Mechanism), który pozwoli na kontrolowane i płynne oddzielenie sondy od rakiety nośnej. To jak zostaną rozwiązane powyższe problemy ma krytyczne znaczenie dla misji ATHENA. Od zaproponowanych przez polskich inżynierów rozwiązań zależeć więc będą projekty pozostałych elementów sondy.

ISM będzie tzw. heksapodem, czyli strukturą opartą na sześciu siłownikach, która pozwoli na precyzyjne poruszanie lustrem w wielu płaszczyznach. Projekt koncepcyjny urządzenia podobny jest do innych stworzonych wcześniej przez SENER, w tym przy projekcie międzynarodowego mechanizmu cumowania i dokowania (IBDM - International Berthing and Docking Mechanism), który służy do parkowania statków kosmicznych z załogą lub zaopatrzeniem do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Czytaj też: Polscy inżynierowie pomogą w badaniach Jowisza