Další detektor jaderné fakulty ČVUT právě vylétl na oběžnou dráhu!

Od čtvrtka 13. ledna 2022 je na oběžné dráze Země detektor Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze. Je to už druhý detektor, který vyvinuli a vyrobili vědci z Katedry fyziky Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze (FJFI) ve spolupráci s firmou escAerospace. Unikátní detektor částic 2SD bude mapovat takzvané kosmické počasí a ionizující záření na oběžné dráze. Vynesla jej raketa Falcon 9 společnosti SpaceX z amerického Mysu Canaveral.

„Jde o druhou generaci našeho detektoru. Ten první na oběžnou dráhu vynesla 5. července 2019 ruská raketa Sojuz. Druhý detektor toho umí ještě o něco víc, kromě měření počtu částic a jejich individuální identifikaci totiž dokáže určit i směr jejich letu a jejich energii. Součástí zařízení je ještě druhý detektor pro detekci fotonů takzvaného měkkého rentgenového záření,“ říká Michal Marčišovský z Katedry fyziky FJFI (KF) a vedoucí laboratoře Centrum aplikované fyziky a pokročilých detekčních systémů (CAPADS), která detektory vyvíjí. „První detektor stále funguje a data z obou nám pomohou získat lepší obrázek o kosmickém počasí a ionizujícím záření na oběžné dráze, což je hlavní cíl naší práce,“ dodává Michal Marčišovský.

Včasná a přesná data chrání zařízení i posádky

I nová generace detektoru se zaměří na studium vesmírného počasí a ionizujícího záření na oběžné dráze. Díky lepším znalostem bude možné pomoci lépe ochránit vesmírnou infrastrukturu a lidské posádky před kosmickým zářením. Díky včasnému zjištění nebezpečné úrovně záření, které by mohlo poškodit zařízení či ohrozit astronauty, je možné přijmout opatření vedoucí k omezení rizik – například je možné satelit pootočit tak, aby vůči záření vystavil svou nejchráněnější část, případně citlivá zařízení na daný čas vypnout. Data z našeho detektoru umožní ochránit velmi drahé přístroje, a prodloužit tak zásadně jejich životnost. Lze proto očekávat, že o tato data bude ze strany provozovatelů zařízení na oběžné dráze zájem.

Vylepšený detektor

První detektory FJFI ve vesmíru slouží především k ověření jejich funkčnosti v kosmickém prostředí a pro vzájemnou kalibraci s již existujícími daty. Zkušenosti s konstrukcí, provozem a získanými daty využili vědci z CAPADS k dalšímu zlepšení parametrů a vývoji pokročilejšího detektoru s názvem SXRM (SpacepiXRadiation Monitor). Ten si stále zachovává minimální rozměry, hmotnost i elektrický příkon – tedy veličiny, které jsou u zařízení umístěných na oběžné dráze mimořádně ceněné – a umožňuje získat mnohem podrobnější data o radiačním poli než existující srovnatelné detekční technologie. Namísto jediného detekčního čipu pro sledování průletu částic jich má totiž hned pět, takže umí určit kromě počtu a druhu částic také jejich energie a směr jejich příletu.

Pixelový detektor

Detektor SXRM (součást zařízení 2SD) je založen na revolučním monolitickém pixelovém detektoru SpacePix2, který vyvinula FJFI. Je navržen tak, aby v prostředí na různých oběžných drahách Země fungoval alespoň 15 let. Malá velikost a nenáročnost na příkon přitom umožňují, aby byl detektor jednoduše umístěn na téměř jakýkoli satelit. Čím více detektorů na oběžné dráze totiž bude monitorovat kosmické prostředí, tím bude možné přesnější modelovat jeho vývoj.

Monitor měkkého rtg záření

Kromě detektoru SXRM bude na oběžnou dráhu vynesen ještě detektor SXM (Soft X-ray Monitor, taktéž součást 2SD) určený na měření toku fotonů měkkého rentgenového záření, které jsou nejčastěji emitovány při slunečních erupcích. Tyto erupce mohou způsobit takzvané sluneční bouře, které mají potenciál poškodit nejen citlivá elektronická zařízení na orbitě, ale při velké události i celé elektrické rozvodné sítě na zemském povrchu. Projevem jejich dopadu na zemský povrch jsou například polární záře v nižších zeměpisných šířkách.

Prodloužení životnosti elektroniky je klíčové

Přestože cena za vynesení zařízení do vesmíru v posledních 20 letech prudce klesla, stále je poměrně vysoká. Ještě vyšší je ale cena samotných zařízení na oběžné dráze. Jejich počet ještě ke všemu velmi rychle roste a vzniká tak i problém s řadou nefunkčních přístrojů, která se stávají kosmickým smetím ohrožujícím jiná zařízení. Detektory z FJFI mají potenciál prodloužit životnost elektroniky a tím omezit množství kosmického odpadu na oběžné dráze.

Falcon vynesl několik satelitů, detektor částic 2SD je společně s dalšími přístroji umístěný na české nanodružici VZLUSAT-2 

 VZLUSAT2 je česká technologická nanodružice zkonstruovaná ve Výzkumném a zkušebním leteckém ústavu (VZLÚ) a cílem její mise je ověřit technologie pro pozdější mise chystané české satelitní konstelace. CubeSat VZLUSAT-2 je druhá kosmická mise, na které participují vědci z Centra aplikované fyziky a pokročilých detekčních systémů na FJFI (CAPADS). Centrum se specializuje na výzkum a vývoj v oblasti komplexních radiačně odolných mikroelektronických obvodů a senzoriky a nabízí spolupráci komerčním i akademickým subjektům.

Jan Kadeřábek