Úvodní strana  >  Články  >  Kosmonautika  >  INTEGRAL a Česká republika (2)
René Hudec Vytisknout článek

INTEGRAL a Česká republika (2)

Družice a nosná raketa

Družice INTEGRAL sestává ze servisního modulu(takzvaný bus), který obsahuje veškeré subystémydružice, a z nákladového modulu s užitečnýmzatížením, tedy vědeckými palubními přístroji. Servisní modul je identický pro obě poslední astrofyzikálnídružice ESA, totiž XMM Newton a INTEGRAL, což zásadnímzpůsobem snížilo finanční nároky na vývoj a stavbu družice.Hlavním požadavkem při vývoji přitom byl i požadavek na maximální jednoduchost interface mezi oběma moduly.

Celková hmota družice při startu bude asi 4 tuny. Start je předpokládán 17. října 2002 na geosynchronnívysoce excentrickou oběžnou dráhus oběžnou dobou 72 hodin s vysokým perigeemi apogeem (10 000-153 000 km), která je nezbytnák zajištění dlouhých nerušených pozorování nadradiačními pásy. Podle původních předpokladů bydružici měla vynést ruská raketa PROTON, což budepředstavovat ruský příspěvek do projektu. S ohledemna vleklé problémy s ruským partnerem všakodborníci ESA vypracovali i alternativní variantu sestartem evropským nosičem Ariane 5 na poněkudodlišnou dráhu s periodou 48 hodin a apogeemperigeem 114 000-7 000 km. Tato dráha je poněkudméně výhodná s ohledem na delší přestávky (asio 5 procent) ve vědeckých měřeních, která se předpokládajípři vzdálenostech družice od zemskéhopovrchu převyšujících 40 000 km s ohledem na kontaminaci radiací.

INTEGRAL - palubní přístroje

Spektrometr SPI

Gama spektroskop SPI

Spektrometr SPI (SPectrometer on INTEGRAL) jepřístroj pro spektrální analýzu bodových a plošnýchzdrojů gama emise v oboru 20 keV - 8 MeV s energetickýmrozlišením 2 keV na 1 MeV. Jde o soubordevatenácti hexagonálních velmi čistých germaniovýchdetektorů chlazených Stirlingovým chladicím systémem na teplotu 85 K.

Pro zobrazování velkých oblastí na obloze (sezorným polem 16 stupňů a rozlišením 2 stupňů) je1, 7 m před detekční rovinou umístěna hexagonálníaperturová maska. Antikoincidenční systém chránízařízení před pozaďovým zářením. Na přístroji sepodílí jedenácti ústavů z Francie, Německa,Španělska, Belgie, Velké Británie a USA.

Gama teleskop - Imager IBIS

Detektor palubního přístroje,
gamateleskopu IBIS

Imager IBIS (Imager on Board the INTEGRALSatellite) je zařízení pro zobrazování zdrojů zářenígama v oboru 15 keV až 10 MeV s vysokýmrozlišením (12 úhlových minut). Je schopný identifikovatzdroje a má spektrální citlivost vůči kontinuui širokým spektrálním čarám. Technicky jdeo detektor se dvěma detekčními rovinami a aperturnímaskou. První detekční rovinu představujesoubor CdTe elementů s rozměry každého z nich4×4×2 mm pokrývající plochu 2 600 cm 2 . Druhárovina obsahuje 3 100 cm 2 pokrytých vrstvou CsIprvků, každého o rozměru 9×9×30 mm. Soubory(CdTe a CsI)jsou od sebe vzdáleny 90 mm. Kódovaná aperturní maska je z tungstenu a jeumístěna 3, 2 m nad první detekční rovinou. Na vývojia výrobě přístroje se podílí deset ústavů z Itálie, Francie, Norska, Německa, Španělska, USA, Polskaa Velké Británie.

Rentgenový monitor JEM-X

Rentgenový monitor JEM-X

JEM-X (Joint European X-ray Monitor)doplňujeoba hlavní palubní přístroje družice INTEGRALo rentgenový obor spektra 3-35 keV, v němž poskytnezobrazení s úhlovým rozlišením řádu úhlové minuty, a to simultánně s ostatními experimenty. Přístrojpředstavují dvě identické mikrostripové zobrazujícíplynové komory naplněné xenonem o tlaku 5 bar. Každý z detektorů je doplněn kódovanou aperturnímasku umístěnou ve vzdálenosti 3, 2 m nad detekčnírovinou. Na přístroji se podílí čtrnáct ústavův Dánsku, Finsku, Španělsku, Itálii, USA, Švédsku, Velké Británii, Polsku a Rusku.

Optická Monitorovací Kamera OMC

Palubní přístroj OMC,
optická monitorovací kamera

Experiment OMC (Optical Monitoring Camera)představuje pasivně chlazená CCD kamera s čipemrozměrů 2048 ×1024 pixelů (aktivně zobrazujícíplocha 1024 ×1024 pixelů)umístěná v ohniskuvysoce kvalitního mnohočočkového objektivu o průměru50 mm. Systém je vybaven fotometrickýmV filtrem a pracuje v optické oblasti 500-850 nm. Cílem OMC je především poskytnout simultánníoptická data pro objekty pozorované vysokoenergetickýmiexperimenty na palubě družice a doplnittak kompletní data pro multispektrální analýzustudovaných objektů. Umístěním OMC tak INTEGRALdosahuje energetické simultánní pokrytí pozorovanýchzdrojů v rozsahu plných sedmi magnitud. OMC také poskytne dlouhodobé optické monitorováníobjektů ležících uvnitř zorného pole5 ×5 stupňů během jednotlivých pozorování. Na přístrojise podílí devět ústavů ze Španělska, Irska, Belgie,Velké Británie a České republiky (u nás se podílízejména Astronomický ústav AV ČR v Ondřejově, Elektrotechnická fakulta ČVUT v Praze a Přírodovědeckáfakulta Masarykovy Univerzity v Brně). Na první pohled se v případě tohoto experimentunejedná o nic převratného, avšak nejde o běžnouastronomickou kameru. Tak například objektivteleskopu je velice nákladný mnohačočkový speciálněvyvinutý systém, který bude poskytovat neuvěřitelně ostré - tedy zaostřené do velmi malé plošky- obrázky hvězd a ostatních objektů. Objektiv bude70 %světla hvězd soustřeďovat do rozměruo průměru podstatně menším, než je jeden pixelkamery, což je mnohanásobně méně, než dosahujíběžně dostupné objektivy na trhu. Tak vysoká přesnostje nutná k tomu, aby měl přístroj co nejvyššícitlivost - očekává se, že OMC by měl detekovathvězdy až 19. hvězdné velikosti - a určovat jejichpozice s přesností na 8 úhlových sekund a magnitudys přesností lepší než 0, 1 magnitudy (pro objekty jasnější než 18. magnituda). Přístroj má hmotnost17 kg při elektrickém příkonu 10 W.

Jako celek bude INTEGRAL poskytovat několikrůzných druhů pozorování: cílená pozorováníurčitých konkrétních objektů v souladu seschválenými návrhy na pozorování, pravidelnépřehlídky galaktické roviny a takzvané ToO (Targetof Opportunity - volně přeloženo příležitostnýobjekt, zavedené označení pro objekty vyžadujícíokamžité měření např. z důvodu nečekané a nepředvídané aktivity, novosti atd.).

Naše účast na OMC

Naše účast na palubním experimentu OMC spočíváv (1) přípravě palubního softwaru, (2) vývojia provozu technologické testovací kamery, (3) přípravě a provozu simulátoru, (4) přípravě katalogua extrakčního a pointačního ISOC software OMCPS, (5) vývoji programového vybavení pro vědeckéstředisko projektu ISDC a podílu na provozu tohotostřediska, (6) přípravě interaktivní vědecké analýzya (7) vědeckém programu. Na tomto místě je třebazdůraznit fakt, že veškeré experimenty na paluběINTEGRALu - a stejně tak i naprostá většina kosmickýchexperimentů v přípravě - je tvořena nejenhardwarem, ale i softwarem, tedy programovýmvybavením, jehož příprava je v řadě případů neméněpracná a náročná, a často i náročnější než vývoja příprava hardwaru. V zemích s vysokými platyvědecké a technické inteligence (západní Evropa) jevětšinou příprava softwaru velmi nákladnou částívědeckého kosmického experimentu.

(1) Palubní software. Podíleli jsme se na dvouzákladních programových vybaveních, a to na centračnímsoftwaru a na kompresi dat. Centrační software umožnípřesnou identifikaci objektů v zornémpoli a určení rozdílu mezi předpokládanou a skutečnoupolohou optické osy celého přístrojovéhopanelu. Komprese je zase nezbytná pro zvýšenípřenosové kapacity palubní telemetrií.

(2) Technologická kamera. Skutečná letová kameračeká na start družice zakonzervovaná ve vakuu a nebudedo té doby schopna poskytnout žádné zkušebnísnímky. Nicméně právě v době před startem je důležitápotřeba ověření zvolené koncepce, jednotlivých parametrůzařízení, a v neposlední řadě existence reálnýchsnímků s identickými parametry, jaké budou mítskutečné snímky, a to především pro testování řadypostupů a software. Technologická kamera pracuje jižněkolik let na ASÚ AV ČR v Ondřejově a poskytujesnímky s rozlišením 18 arcsec na pixel, tedy identickým,jako má letová kamera OMC. Postupně byly vyvinuty dvěkamery, druhá má lepší optiku. Získanésnímky jsou softwarově upravovány do podoby přesněimitující snímky z OMC, jak do počtu obrazovýchbodů, tak co do ostrosti obrázků hvězd.

Simulovaný snímek z přístroje SPI
galaktického centra v oboru 70-150 keV

(3) Simulátor. Simulátor slouží ke generacisimulovaných snímků zorného pole přístroje OMC. K simulaci snímků používáme astronomické katalogya znalost zobrazovací funkce letové optiky. Simulátor je v provozu na webovské stránce skupiny naOndřejovské observatoři (http://altamira.asu.cas.cz)a umožňuje rovněž simulovat některé jevy reálnéhosnímku, jako jsou vadné pixely či sloupce CCDmatrice nebo nehvězdná zobrazení způsobená dopademkosmického záření. Jsme takto schopni imitovatsnímky reálné letové kamery s limitním dosahemlepším, než je 19. hvězdná velikost.

(4) Katalog OMC. Pro experiment OMC byl vypracovánkatalog zdrojů, které jsou vědecky prioritnímiobjekty ke studiu tímto přístrojem. Tento tzv. OMCkatalog bude i po startu družice periodickydoplňován o nové a aktuální objekty. Naše účast nakatalogu spočívala jednak ve výběru a návrhuvhodných objektů, jednak ve vývoji speciálníhoprogramového vybavení pro aplikaci kataloguv operačním středisku ISOC. Jeho těžiště spočíváv extrakci objektů v momentálním zorném polipřístroje, jejich seřazení podle priority a významu, a k vygenerování příslušných telemetrických povelůpro družici potřebných k extrakci a přenosu odpovídajících vědeckých dat. Současná verze katalogu, připraveného našimi kolegy z Univerzity v Barceloněza naší spoluúčasti, je na našich počítačíchv Ondřejově. Katalog obsahuje například veškeréznámé optické protějšky gama a rentgenových zdrojů,kvasary jasnější, než je limitní magnituda přístroje,aktivní galaktická jádra, blazary, aktivní hvězdypozdního spektrálního typu, eruptivní a proměnnéhvězdy a referenční hvězdy pro poziční a fotometrickoukalibraci. Po startu družice budou přidáványnapř. nově nalezené supernovy.

(5) Vědecký program. S ohledem na řešení výšeuvedených oblastí budeme mít jako členové konsorciaOMC právo na podíl na získaných datech a jejichdalší zpracování a analýzu. Rádi bychom přitomsoustředili pozornost na tři hlavní kategorie objektů, a to extragalaktické zdroje (zejména AGN, aktivnígalaktická jádra), na galaktické zdroje, zejménakompaktní a binární, a na transienty, a to jakoptické, tak i vysokoenergetické.

(6) Interaktivní vědecká analýza. Na základěpožadavku zahraničních partnerů přebíráme rovněžpřípravu a vývoj programového vybavení pro interaktivnívědeckou analýzu dat z experimentu OMC. Zejména jde o zajištění vědeckých výstupů z přístrojeve formě vhodné pro přímé další fyzikální zpracování a interpretaci.

V dalším pokračování se seznámíme s Vědeckým střediskem projektuINTEGRAL a souvisejícími projekty.

Předchozí článek: INTEGRAL a Česká republika (1)




O autorovi



49. vesmírný týden 2016

49. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 5. 12. do 11. 12. 2016. Měsíc bude v první čvrti, uvidíme Lunar X? Večer je krásně vidět Venuše na jihozápadě. Mars je výše a skoro nad jihem. Ráno je pěkně viditelný Jupiter. Slunce se po krátkém zvýšení aktivity opět uklidnilo. Poté, co došlo k selhání horního stupně rakety Sojuz, zřítila se nad Ruskem nákladní loď Progress, původně určená k zásobování ISS. Pokud se v tomto týdnu povede start japonské zásobovací lodi HTV, bude to pro osazenstvo stanice úplně v pohodě. Kromě tohoto startu se očekávají ještě další čtyři.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Planety

Hvězdy bloudivé, oběžnice, planety. Několik pojmenování téhož. Ostatně i řecké πλανήτης, neboli planétés, znamená vlastně „tulák“. Pro mnoho z nás obíhá kolem Slunce planet devět. Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun a Pluto. Ovšem od roku 2006, od valného shromáždění

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Za súmraku

Vrch Ostrá 1247mnm. Počas astronomického súmraku ešte posledné slnečné svetlo osvetľovalo horizont. Na fotke je vidieť Mesiac, Mars, Venušu a Mliečnu cestu.

Další informace »