Scientia

Inspirat de numele astronomului William Herschel (1738-1822), cel care a devenit celebru prin descoperirea lui Uranus, satelitul destinat studiului originilor şi evoluţiei stelelor şi galaxiilor va purta în spaţiu cel mai mare telescop Cassegrain utilizat vreodată acolo.

Aniversarea misiunii Herschel-Planck (1)

Misiunea a fost aprobată în noiembrie 1993 sub numele de First ca parte a planului ştiinţific pe termen lung al ESA, devenind ulterior Herschel. Oglinda principală, cu un diametru de 3.5 m, va fi de 4 ori mai mare decât predecesoarele telescoape în infraroşu şi de 1.5 ori mai mare decât cea a lui Hubble, reuşind să capteze de 12 ori mai multă radiaţie luminoasă decât telescopul ISO, din a cărui misiune a fost inspirat, sperându-se că va revoluţiona domeniul observaţiilor în infraroşu şi va oferi comunităţii ştiinţifice internaţionale noi puncte de studiu pentru astrofizica fundamentală.

Prin observaţii în banda 60-670 µm va completa măsurătorile făcute de celelalte observatoare astronomice cu privire la radiaţia “rece” din Univers produsă de praful şi gazul interstelar, stele reci, nuclee ai unor galaxii îndepărtate etc.

Herschel nu este ceea ce în mod curent se numeşte un “sky mapper” sau “wide view surveyor”, aşa cum este ultima platformă lansată în spaţiu de NASA- telescopul Wise, ci mai degrabă un investigator punctual pentru astronomi.

Herschel este un satelit masiv, cu o lungime de 7.5 m, un diametru de 4 m şi o greutate de 3.4 tone construit în jurul unui modul de bază denumit SVM sau “service module” (comun cu Planck).

Herschel este un satelit stabilizat pe trei axe cu un sistem de control al atitudinii complex format din 12 motoare alimentate cu hidrazina ce produc fiecare 20N, roţi volante de control, camere stelare, giroscoape şi senzori solari, poziţia în zbor fiind în permanenţă menţinută graţie calculatorului ACMS.

Sistemul de producere al energiei este alimentat de panouri solare cu celule Ga-As în tripla joncţiune în suprafaţa totală de 12m² şi producând minim 1450W. Energia este la rândul ei înmagazinată în baterii Li-ion cu capacitatea de 39Ah.

Sistemul de comunicaţie cu solul conţine 3 antene şi este capabil să furnizeze datele ştiinţifice la o rată de aproximativ 130kbps.

Platforma de bază care asigură sistemele vitale pentru buna funcţionare a satelitului este completată de platforma ştiinţifică (aşa-numitul “payload module”), rezultând în final un satelit de 7.5m lungime, 4m diametru şi 3.4 tone greutate la lansare.

Punctul central al acesteia este telescopul, care deserveşte toate cele 3 instrumente de ştiinţă de la bord şi a cărui oglinda este alcătuită din 12 straturi de carbură de silicon (SiC), ce formează un bloc monolitic prelucrat cu foarte mare acurateţe (rugozitatea nu trebuie să depăşească 0.001 mm). Carbura de silicon are o duritate şi rigiditate ce-l fac foarte potrivit pentru construcţia oglinzilor utilizate în tehnologia spaţială. Materialul şi tehnologia de prelucrare alese au reuşit să îndeplinească condiţiile de stres vibraţional impuse de lansare şi au redus substanţial masa până la 315kg.

Pe viitor singurul telescop care va întrece în mărime oglinda lui Herschel va fi JWST (cu un diametru de aproximativ 6.5m), dar acesta va fi constituit din celule individuale grupate împreună (prin urmare nu va fi un monobloc). Oglinda secundară va fi mult mai redusă în dimensiuni - aproximativ 0.3m diametru.

Cele trei instrumente de bord care vor folosi telescopul vor fi:

- Heterodyne Instrument for Herschel (HIFI)
- Herschel Photo-conductor Array Camera and Spectrometer (PACS)
- Herschel Spectral and Photometric Imaging Receiver (SPIRE)

Protecţia termică şi faţă de radiaţia luminoasă va fi realizată pasiv printr-un scut de protecţie extern şi activ printr-un sistem foarte complex de răcire folosind un aşa numit “cryostat” şi coolerele aferente, totul bazat pe folosirea a circa 2300 de litri de Heliu lichid menţinut la temperatura de -271.15 grade Celsius.

Pentru o bună calitate a observaţiilor, planul focal al instrumentelor este răcit folosind un sistem criogenic pe bază de heliu fluid care se evaporează continuu, dar care prin recirculare într-o reţea spaţială de conducte amplasate în punctele cheie ale satelitului, menţine temperatura constantă în jurul valorii de zero absolut. Heliul superfluid se evaporă golind gradual rezervorul, dar asigură în acelaşi timp o temperatură constantă aproape de 0.3 Kelvin pentru perfecta funcţionare (fără perturbaţii induse din exterior) a instrumentelor.

Herschel - construcţie

Cel de-al doilea satelit a preluat numele fizicianului german Max Planck (1858-1947), una dintre cele mai proeminente figuri ale secolului trecut, laureat al premiului Nobel în 1918. Misiunea, numită iniţial Cobras/Samba (1994), a fost redenumită ulterior şi proiectată ca o evoluţie a satelitului american WMAP, urmând să măsoare ca şi acesta anizotropiile din spaţiul cosmic (aşa-numitul “cosmic microwave background”), dar la o rezoluţie mult mai bună decât acesta. În acest fel, prin investigarea fluctuaţiilor prezente în radiaţia cosmică, se va putea răspunde la unele din întrebările fundamentale ale cosmologiei referitoare la Big Bang. Conform acestei teorii, Universul s-a creat în urmă cu circa 13700 milioane de ani, atunci fiind într-un stadiu mult mai dens şi mai cald decât astăzi (conform ultimelor modele avea 1000 de milioane de grade Kelvin la 3 minute de la apariţia sa). În urma acestui proces de expansiune, temperatura Universului a scăzut în mod constant până sub valoarea de 10000K atunci când s-a finalizat procesul de recombinare a ionilor - undeva la 380.000 de ani de la momentul T0, atunci când se estimează că Universul a atins o temperatură medie de 3000K. Acesta este şi momentul când temperatura a permis luminii să înceapă să călătorească liber în mediul extern. Până în zilele noastre, datorită continuei expansiuni, temperatura medie a acestei materii aflate în CMB a scăzut substanţial până la valoarea de 2,7 K, ceea ce o face extrem de greu de detectat. Odată cu constatarea făcută de satelitul COBE şi mai apoi WMAP cu privire la distribuţia neconstantă a temperaturii în spaţiul extern, s-a pus însă şi problema construcţiei unor instrumente mai performante care să fie capabile să detecteze până şi aceste mici variaţii de temperatură - iar Planck este rezultatul final al acestor cercetări. Va fi astfel posibil pentru prima dată în istorie să se efectueze o investigaţie amănunţită asupra fenomenelor fizice ce au însoţit momentul T0+380.000 ani. Planck va realiza măsurători la lungimi de undă de 1/10 ale radiaţiei luminoase percepute de WMAP şi la rezoluţii unghiulare de 3 ori mai bune, rezultând o calitate de 15 ori mai bună a măsurătorilor.

Aceste performanţe au un preţ direct - satelitul este unul extrem de complex, ca şi Herschel, cu dimensiunea de 4.2m lungime şi 4.2m diametru şi o masă totală la lansare de 1.95 tone.

Va fi o platformă stabilizată prin rotaţie (1rpm) şi va face uz de un sistem de 16 motoare: 12 mai mari furnizând 20N fiecare şi 4 mai mici cu o forţă de 1N fiecare. Tot sistemul va funcţiona folosind hidrazina drept combustibil. În tandem, pentru determinarea orientării în spaţiu, se vor folosi camere stelare şi senzori solari.

Sistemul de producere a energiei va face uz de aceleaşi celule solare Ga-As având o suprafaţă totală de 13m² şi furnizând un minim de 1816W. Energia va fi înmagazinată în baterii Li-ion cu capacitatea de 39Ah.

Ca şi în cazul lui Herschel, platforma de bază va susţine modulul ştiinţific (“payload module”), construit în jurul unui telescop în greutate de 205kg la care sunt conectate cele două instrumente foarte sensibile:

- HFI (the high frequency instrument)
- LFI (the low frequency instrument),

al căror plan focal va fi răcit până la 0,1 Kelvin pentru a păstra rezoluţia necesară măsurătorilor. În acest fel se poate spune fără exagerare că în interiorul satelitului vor fi unele din cele mai reci puncte din Univers. Cu atât mai semnificativ cu cât trebuie păstrat un echilibru între aceste puncte reci şi restul platformei a cărui electronică are nişte parametrii impuşi pentru operare.

Cum radiaţia CMB este de circa 1% din cea radiată de Pământ, telescopului i s-au impus condiţii stricte de operare. El va fi protejat de un con de protecţie (baffle) care va împiedica pătrunderea directă a radiaţiei luminoase (provenită fie de la Soare, Pământ sau Lună) în planul focal. Va fi compus dintr-o oglindă primară 1,9 x 1,5m şi o oglindă secundară 1,1 x 1.0 m, ambele înclinate faţă de axă principală a telescopului.

Cu investigaţii în gama lungimilor de undă 350-10000µm şi frecvente cuprinse între 27-77Ghz (LFI) şi 83-857 Ghz (HFI), Planck va realiza un număr impresionant de observaţii care vor fi făcute publice comunităţii ştiinţifice internaţionale.

Planck - construcţie

Credit: ESA.

Articolul original:
Eveniment aniversar pentru cea mai mare misiune spatiala europeana- partea 2