CubeSaty „tloustnou“ – to se projeví na misích Artemis

Když minulý rok v listopadu odstartovala raketa SLS na svůj premiérový let, nevynesla jen loď Orion s Evropským servisním modulem k Měsíci. Druhý stupeň ICPS nesl hned deset CubeSatů, které měly rozličné a velmi zajímavé úkoly. Jejich misím jsme se ostatně věnovali v samostatném seriálu. Vypouštění malých průzkumníků na dráhy k Měsíci a do hlubokého vesmíru je velká příležitost pro vědu. Jak to bude s dalšími misemi? Od Artemis IV by navíc měl nastoupit nový silnější druhý stupeň EUS a ten nabízí nové možnosti. Ve světě CubeSatů se od plánování první mise Artemis také mnohé změnilo a tím, jak jsou CubeSaty stále složitější, je potřeba myslet i na jejich vývoj. NASA proto pracuje na nových větších adaptérech, které by mohly být používány právě na vylepšených horních stupních EUS. Jak budou vypadat? A poletí CubeSaty na nejbližších misích Artemis? A jak vlastně dopadly CubeSaty vypuštěné v rámci Artemis I? Pojďme se na to podívat.

Mise Artemis I měla původně nést 13 CubeSatů, ale vinou zpoždění při jejich stavbě a vývoji byly nakonec tři vyřazeny, protože nebyly připravené v roce 2021 na instalaci. Všech 13 původně vybraných CubeSatů mělo shodné rozměry – jednalo se o 6U, tedy objekty složené ze šesti krychlí o hraně 10 centimetrů, tedy o konečných rozměrech přibližně 10 × 20 × 30 centimetrů. V době vybírání těchto zařízení se jednalo o nejmodernější koncept, ale postupně se schopnosti CubeSatů začaly značně rozšiřovat a tím začala růst i jejich velikost. „CubeSat o velikosti 6U byl v době přípravy mise Artemis I rozměrově obrovský,“ řekl David Hitt z Jacobs Space Exploration Group během prezentace uskutečněné 10. srpna na 37. výroční konferenci o malých družicích. Od té doby se však CubeSaty zvětšily, protože získaly řadu nových schopností, jako je aktivní pohonný systém, nebo jsou osazovány pokročilejší vědeckými přístroji. “Je jasné, že musíme i my nabídnout více místa na misích Artemis.“ dodal.

NASA proto pracuje na větším adaptéru, který bude součástí evoluční verze rakety SLS označované jako Block 1B. Nový adaptér, nazývaný Nest, bude mít 15 míst pro umístění takových sond. Tyto adaptéry mohou pojmout CubeSaty o velikostech 6U, 12U a dokonce i 27U. Tyto rozměry však ještě nejsou konečné. Není totiž úplně jasné, jak se v příštích letech svět CubeSatů vyvine a zda 27U nebude příliš. „Možná, že 27U nebude lidem dávat smysl. Možná, že se budeme pohybovat v rozmezí mezi 12 a 27U. Diskuze ještě neskončila“ Řekl David Hitt.

V současné době není kam spěchat. Nový adaptér musí počkat na nový horní stupeň EUS, který si odbyde premiéru při misi Artemis IV nejdříve v roce 2028. Navíc není úplně jasné, zda už při této misi poletí také sekundární náklad. Obecně se nyní soudí, že nový adaptér Nest by si premiéru odbyl až při následujícím letu Artemis V, který je plánován na nejdříve na rok 2029. Další otázkou je, zda poletí nějaké CubeSaty i na nejbližších misích Artemis II a III, které ještě využijí stupeň ICPS s již vyzkoušeným adaptérem sekundárního nákladu. V současné době se vedou interní diskuze o obsazenosti těchto misí. Pro CubeSaty je totiž poměrně nevhodná mise Artemis II. V doprovodném dokumentu k prezentaci bylo uvedeno, že jak Artemis II, tak Artemis III by sice mohly nést CubeSaty, ale v případě Artemis II by se však horní stupeň i případné sekundární užitečné zatížení z něj vypouštěly na vysoce excentrickou dráhu kolem Země. Jakékoli CubeSaty umístěné na palubě Artemis 2, by měly přibližně osmihodinové okno na změnu své trajektorie, jinak by následovaly horní stupeň ICPS a nedostaly se do hlubokého vesmíru, což je hlavní výhoda společného startu s misemi Artemis. Loď Orion totiž neprovede TLI zážeh pomocí stupně ICPS, ale postará se o něj Evropský servisní modul. CubeSaty by se tak na přeletovou dráhu k Měsíci bez vlastních sil nedostaly.

Dokument také uvádí, že Artemis III pravděpodobně nabídne několik volných pozic pro CubeSaty, které budou vypouštěny po oddělení lodě Orion. Pro misi Artemis III, jejíž start je nyní plánován nejdříve na konec roku 2025, by se CubeSaty mohly vybírat už koncem letošního léta nebo začátkem podzimu, a to mimo jiné na základě přidělení volné kapacity nosnosti na této misi. Posuzována bude také vhodnost pro dráhy letu Artemis 3 a také vědecké, technologické a průzkumné cíle NASA.

Do věci nejspíše zasáhne také možná změna primárního cíle mise Artemis III, která se u celé řady systémů potýká se zpožděním. Diskutován byl zejména nejistý harmonogram vývoje nosičů Super Heavy Starship, kde lunární verze Starship má sloužit jako lander pro první pilotovanou výpravu programu Artemis na povrch Měsíce. Očekává se však zpoždění i s celou řadou dalších systémů. Cíle mise se proto mohou ještě měnit.

Ohlédněme se ještě za CubeSaty, které byly vypuštěny při Artemis I. Jejich úspěšnost a výsledky byly smíšené. Některé z nich hlásily částečný nebo úplný úspěch, zatímco mnoho z nich vůbec nefungovalo, či brzy selhalo. Z deseti CubeSatů na palubě Artemis I jich osm po vyslání navázalo kontakt a pět alespoň částečně splnilo cíle své mise. Důvody neúspěchu jednotlivých misí byly různé. Od selhání palubních akumulátorů v důsledku dlouhodobého vybití – adaptéry na stupni ICPS neměly zdroj napájení a CubeSaty strávily čekáním na start více než rok, což se podepsalo nejvíce právě na jejich akumulátorech. Důvody byly ale také konstrukční. Například LunaH-Map, který se měl vydat na oběžnou dráhu kolem Měsíce, aby hledal vodní led na měsíčních pólech, se potýkal se zaseknutým ventilem v pohonném systému. Tento problém zabránil provedení manévrů potřebných k dosažení oběžné dráhy kolem Měsíce. NASA pak 3. srpna oznámila, že CubeSat ukončil provoz kvůli neúspěšným pokusům o řešení tohoto problému.

S ještě kratším životem se potýkal nízkonákladový CubeSat CuSP, který byl určen k monitorování dynamických částic a magnetických polí v oblastech kolem soustavy Země – Měsíc. Sonda se úspěšně oddělila od horního stupně, vyklopila své fotovoltaické panely, ale 57 minut po vypuštění přestala komunikovat. Středisko jí naslepo ještě vyslalo údaje pro správnou stabilizaci, ale kontakt se již nepodařilo navázat. Úplně bez komunikace skončil třeba japonský CubeSat Omotenashi. Naopak úspěšný byl také japonský EQUULEUS, který zdárně funguje i nyní a měří rozložení plazmatu kolem Země.

Alespoň částečně úspěšný byl velmi zajímavý BioSentinel, označovaný za první CubeSat pro biologický výzkum v hlubokém vesmíru. Matthew Napoli z Amesova výzkumného střediska NASA na konferenci 7. srpna uvedl, že sonda devět měsíců po svém startu, 21 milionů kilometrů od Země, pokračuje ve vysílání údajů o radiačním prostředí svého okolí. Buňky na palubě však po startu nevykazovaly známky růstu, což podle něj bylo pravděpodobně způsobeno tím, že během dlouhého čekání před startem postupně uhynuly. Komunikace, orientace v prostoru a palubní počítač však fungují velmi dobře a konstrukce CubeSatu prokázala velmi dobré vlastnosti.

Částečně úspěšný byl také italský ArgoMoon, který měl být vypuštěn ze všech CubeSatů jako první a následně se zorientovat a nasnímat vypouštění dalších CubeSatů. Nicméně po vypuštění nějakou dobu trvala jeho stabilizace a orientace v prostoru a tak tento primární účel nesplnil. Sonda je na oběžné dráze kolem Měsíce a úspěšně vyfotila Měsíc i Zemi.

LunaH-Map byla zase alespoň schopna demonstrovat výkon svého klíčového přístroje, neutronového spektrometru, který sbíral data během průletu kolem Měsíce krátce po startu. „Jsme nadšeni, že tým LunaH-Map mohl využít této příležitosti a demonstrovat schopnosti svého neutronového spektrometru za letu, přestože se misi nepodařilo dokončit podle plánu,“ uvedla v prohlášení Lori Glazeová, ředitelka oddělení planetárních věd NASA, které vývoj LunaH-Map financovalo.

Zdroje informací:
https://spacenews.com/
https://blogs.nasa.gov/
https://www.extremetech.com/
https://italtimes.it/

Zdroje obrázků:
https://spaceflightnow.com/wp-content/uploads/2021/10/osa_cutaway.jpg
https://spaceflightnow.com/wp-content/uploads/2021/10/biosentinel.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/97/Artemis_2_map_march_2023.jpg
https://everydayastronaut.com/wp-content/uploads/2020/04/ICPS-vs-EUS.jpg