GRBAlpha

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
GRBAlpha
vedecká družica, technologické demo
PrevádzkovateľLetecká fakulta Technickej univerzity v Košiciach
Hlavní dodávateliaTechnická univerzita v Košiciach,
Konkolyho observatórium v Budapešti,
Masarykova univerzita v Brne,
Univerzita Loránda Eötvösa v Budapešti
Dátum štartu22. marec 2021 06:07:12 UTC[1]
Nosná raketaSojuz-2.1a, Fregat[2][3]
KozmodrómBajkonur, štartovací komplex 31[3]
COSPAR ID2021-022AD (47959)
Webová stránkaom3ksi.sk/grbalpha
Hmotnosť1 195 g[1]
Rozmery1U CubeSat
100 × 100 × 113,5 mm
Elementy dráhy [4][5][6]
Epocha2021-05-25 14:14:41 UTC
UmiestnenieLEO
Typ dráhypolárna
Veľká polos6 928 km
Excentricita0,0023058
Inklinácia97,56°
Apoapsida565 km
Periapsida533 km
Doba obehu95 minút, 38 sekúnd
Obežná rýchlosť7,59 km/s
Počet obehov za deň15,06
Prístroje
Hlavné prístrojedetektor gama zábleskov
Príklady svetelných kriviek dvanástich rôznych gama zábleskov zaznamenaných detektorom BATSE družicového observatória Compton GRO, aktívneho v rokoch 1991 – 2000.

GRBAlpha je umelá družica Zeme, súčasť česko-japonsko-maďarsko-slovenského[pozn. 1] vedeckého projektu s cieľom technologickej demonštrácie detegovania zábleskov gama žiarenia (skratka GRB z angl. gamma ray burst) pomocou štandardizovaných nanosatelitov. Projektovým koordinátorom misie a prevádzkovateľom družice je Technická univerzita v Košiciach (TUKE) a projekt nadväzuje na misiu prvého slovenského satelitu skCUBE.

Na heliosynchrónnu polárnu nízku obežnú dráhu vo výške približne 550 km bola družica spolu s 37 ďalšími satelitmi vynesená 22.marca 2021 ruskou nosnou raketou Sojuz-2.1a (so 4. stupňom Fregat) z kozmodrómu BajkonurKazachstane. Ide o malú družicu, tzv. nanosatelit typu CubeSat s hmotnosťou 1 195 g a štandardizovanými rozmermi 100 × 100 × 113,5 mm (základný modul 1U).[1] TUKE projekt ako akademická inštitúcia prihlásila do medzinárodnej súťaže vyhlásenej spoločnosťou GK Launch Services, kde projekt uspel a získal tak 75 % zľavu, po uplatnení ktorej stálo vynesenie družice 15-tisíc dolárov (12 300 eur).[7][8]

Druhý redundantný prototyp gama detektora je umiestnený ako sekundárny experiment na českom 3U cubesate VZLUSAT-2, ktorého vynesenie na obežnú dráhu je po odkladoch a zmene poskytovateľa plánované na december 2021.[9][10][11]

Poznatky z misií GRBAlpha a VZLUSAT-2 majú byť využité pre ďalšie plány autorov projektu, ktorých dlhodobým cieľom je vypustenie väčšej flotily nanosatelitov s názvom CAMELOT (angl. CubeSats Applied for Measuring and Localising Transients, doslovne „cubesaty aplikované na meranie a lokalizáciu prechodných javov“). Celkovo by malo ísť o deväť družíc rozdelených po trojiciach v troch rôznych obežných rovinách. Autormi myšlienky detekcie gama zábleskov prostredníctvom flotily cubesatov sú slovenský astrofyzik Norbert Werner (v tom čase Stanfordova univerzita, neskôr Univerzita Loránda Eötvösa v Budapešti, v súčasnosti Masarykova univerzita v Brne) a maďarský astrofyzik András Pál (Konkolyho observatórium v Budapešti).[9] V prípade úspechu by CAMELOT mohol predstavovať vhodný doplnok k rozmerným a nákladným gama kozmickým observatóriám ako Compton GRO, Swift alebo Fermi, umožňujúci pri rádovo nižších nákladoch presnejšiu priestorovú lokalizáciu zdrojov zaznamenaných gama zábleskov.

Prístroje a experimenty[upraviť | upraviť zdroj]

Detektor gama zábleskov[upraviť | upraviť zdroj]

Hlavným vedeckým experimentom je scintilátor – detektor gama zábleskov, obsahujúci plochý cézium jodidový kryštál s rozmermi 75 × 75 × 5 mm, emitujúci pri zásahu fotónom gama fotóny viditeľného svetla. Tie sú následne detegované kremíkovými fotonásobičmi. Detektor obalený tmavým polyvinylfluoridovým filmom (tedlar) je uložený v schránke z 1 mm hliníkového plechu a umiestnený zvonka na jednej zo strán telesa družice.[9][12]

Signál z fotonásobičov je vedený na analógový zosilňovač a tvarovač, následne je vzorkovaný A/D prevodníkom, ktorého výstup je spracúvaný programovateľným hradlovým poľom (FPGA) z rodiny iCE40HX, riešiacim detekciu nábežných hrán kandidátskych priebehov a dopĺňanie časových značiek so submilisekundovou presnosťou z časovej základne, synchronizovanej podľa palubného GPS prijímača. Detegované priebehy (svetelné krivky potenciálnych gama zábleskov) sú následne spracúvané a ukladané 32b mikrokontrolérom ARM Cortex-M0 z rodiny STM32F0xx. Celá uvedená signálová cesta vrátane vstupných fotonásobičov je pre redundanciu (a zároveň zvýšenie celkovej citlivosti v prípade funkčnosti oboch kanálov) zdvojená.[13][12]

Porovnanie svetelných kriviek eventuálne zaznamenaných detektorom s krivkami tých istých zábleskov zaznamenaných inými existujúcimi gama observatóriami umožní overiť základnú myšlienku systému CAMELOT, tzn. uskutočniteľnosť lokalizácie zdrojov zábleskov na základe precízneho GPS časovania (jednotlivé satelity z flotily zaznamenajú záblesk s časovými posunmi závislými od ich momentálneho rozmiestnenia v priestore, z čoho je následne výpočtovo odvoditeľný smer z ktorého záblesk prichádzal), odhad presnosti a spektrálnej citlivosti detektora, ako aj jeho degradáciu v čase.[14][13][12]

Rádioamatérsky digitálny opakovač[upraviť | upraviť zdroj]

Palubný digitálny opakovač (digipeater) umožňuje spojenie dvoch rádioamatérskych operátorov prostredníctvom satelitu. Odosiela tiež základné telemetrické údaje prostredníctvom Morseovho kódu pre jednoduchý priamy posluch. Implementovaný je vo firmvéri palubnej rádiostanice Cormorant NX-TRX4.[4][15][16]

Priebeh misie[upraviť | upraviť zdroj]

Štart nosiča Sojuz-2.1a sa uskutočnil 22. marca 2021 o 06:07:12 UTC (07:07 SEČ). K vypusteniu družice malo dôjsť o 11:27 SEČ, o 12:02 mal začať vysielať maják. Úspešné vypustenie a aktivita družice na obežnej dráhe boli predbežne potvrdené v okne medzi 12:34 až 12:45 SEČ, kedy signál majáka satelitu na frekvencii 437,025 MHz zachytila rádiostanica VK4JBE v Austrálii.[17][18] 23. marca po 16 obehoch družice pribudli podľa Jakuba Kapuša zo spoločnosti Spacemanic v sieti SatNOGS ďalšie úspešné pozorovania, bola overená aj full duplex komunikácia a stiahnutá telemetria zo všetkých subsystémov družice. Rotácia družice bola v tom čase odhadnutá na približne 15 °/s, stabilizácia orientácie je na rozdiel od skCUBE pasívna, permanentnými magnetmi a magnetickými materiálmi.[12][19] Satelit bol predbežne identifikovaný najprv ako teleso s COSPAR ID 2021-022G (NORAD ID 47938)[20], neskôr 2021-022K (47941)[21] a finálne 2021-022AD (47959).[5]

V máji 2021 astrofyzik Norbert Werner v rozhovore uviedol, že majú merania pozadia, ktoré na polárnej obežnej dráhe spôsobujú nabité častice a sú schopní detegovať gama záblesk pozdĺž veľkej časti obežnej dráhy, kde je pozadie dostatočne nízke. Technický koncept preto pokladá za správny a použiteľný v praxi. V prípade, že družica bude aj naďalej fungovať tak, ako doteraz, je podľa neho detekcia gama záblesku len otázkou času.[22]

10. augusta 2021 zaslal astrofyzik Masanori Ohno z Hirošimskej univerzity do siete Gamma-ray Burst Coordinates Network obežník, avizujúci úspešnú detekciu záblesku GRB 210807A satelitom GRBAlpha.[23] Šlo o dlhý gama záblesk trvajúci vyše 150 sekúnd, zaznamenaný nezávisle viacerými gama observatóriami,[24] z ktorého GRBAlpha zaznamenala 80 sekundový záver od 7. augusta 2021 10:05:14 UTC, pozostávajúci z troch vrcholov.[25] Ide o historicky prvý prípad úspešnej detekcie gama záblesku 1U cubesatom.[26]

Partneri projektu[upraviť | upraviť zdroj]

  • Letecká fakulta Technickej univerzity v Košiciach (LF TUKE) – registrácia, vypustenie a prevádzka satelitu, magnetometria.
  • Konkolyho observatórium v Budapešti – vedecký náklad misie. Vedenie vývoja a výroby detektora gama zábleskov, vrátane elektroniky a softvéru, hlavný objednávateľ družice.
  • Ústav teoretickej fyziky a astrofyziky Masarykovej univerzity v Brne – vedecká koordinácia projektu, podieľa sa na spracovaní a interpretácii meraní družice.
  • Univerzita Loránda Eötvösa v Budapešti – štúdia uskutočniteľnosti projektu CAMELOT, simulácie a vývoj analógovej elektroniky, vývoj časti vedeckého softvéru.
  • Hirošimská univerzita – významný príspevok k vývoju detektora, hlavne k testovaniu konceptu vyčítavania tenkých scintilátorov s veľkou plochou.
  • Nagojská univerzita – návrh konceptu mechanickej štruktúry detektora.
  • Spacemanic, s.r.o. – subsystémy, technická podpora, software, integrácia, environmentálne testy.
  • Výzkumný a zkušební letecký ústav (VZLÚ) – PSD detektor, software, technická podpora.
  • Needronix, s.r.o. – transceivery, sun sensory, integrácia.
  • Experimental satellites laboratory, Vysoké učení technické v Brne – pozemný segment.[1]

Poznámky[upraviť | upraviť zdroj]

  1. V abecednom poradí, participácia partnerov viď sekcia #Partneri projektu.

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. a b c d KAPUŠ, Jakub. Družica GRBAlpha štartuje do vesmíru. Všetky informácie na jednom mieste. [online]. kozmonautika.sk, 2021-03-18, [cit. 2021-03-22]. Dostupné online.
  2. Launch Vehicles : USSR / Russia : R-7 family : Soyuz Fregat versions : [online]. Gunter's Space Page, [cit. 2021-03-22]. Dostupné online.
  3. a b Spacecraft by country : Slovakia : GRBAlpha [online]. Gunter's Space Page, [cit. 2021-03-22]. Dostupné online.
  4. a b OM8WG. Informácie pre rádioamatérov [online]. om3ksi.sk, 2021-03-18, rev. 2021-03-25, [cit. 2021-03-27]. Dostupné online.
  5. a b GRBALPHA : [47959U] : [21022AD] : [TLE] [online]. celestrak.com, [cit. 2021-05-26]. Dostupné online.
  6. SATRE, Jens T.. Satellite tracker based on two line elements [online]. satellite-calculations.com, [cit. 2021-05-26]. Dostupné online.
  7. FOJTOVÁ, Tereza. Záblesky gama záření budou vědci sledovat pomocí flotily nanosatelitů [online]. universitas.cz, 2021-03-18, [cit. 2021-03-24]. Dostupné online.
  8. HANIKOVÁ, Lenka. Vo vesmíre je druhá slovenská družica s košickým podpisom. sme.sk (Bratislava: Petit Press), 2021-04-06. Dostupné online [cit. 2021-04-06]. ISSN 1335-4418.
  9. a b c HODÁS, Martin. Slovenská družica letí už v sobotu. Čo bude robiť a ako prispeje vede? (rozhovor). Aktuality.sk (Bratislava: Ringier Axel Springer Slovakia), 2021-03-17. Dostupné online [cit. 2021-03-22].
  10. Start VZLUSAT-2 přesunut na další misi [online]. vzlusat2.cz, 2021-01-08, [cit. 2021-03-23]. Dostupné online.
  11. MAJER, Dušan. VZLUSAT-2 změnil poskytovatele služeb [online]. kosmonautix.cz, 2021-06-18, [cit. 2021-06-22]. Dostupné online.
  12. a b c d PÁL, András, a kol. GRBAlpha: A 1U CubeSat mission for validating timing-based gamma-ray burst localization [online]. arxiv.org, 2020, [cit. 2021-03-23]. Dostupné online.
  13. a b PÁL, András, a kol. CAMELOT - Concept study and early results for onboard data processing and GPS-based timestamping [online]. arxiv.org, 2018, [cit. 2021-03-23]. Dostupné online.
  14. OHNO, Masanori, a kol. CAMELOT: design and performance verification of the detector concept and localization capability [online]. arxiv.org, 2018, [cit. 2021-03-23]. Dostupné online.
  15. LASZLO, Robert; KOLEDA, Martin. Cormorant – Ham radio user guide [online]. Bratislava: Needronix, 2021-02-12, [cit. 2021-04-13]. Dostupné online.
  16. IARU Amateur Satellite Frequency Coordination : GRBAlpha [online]. AMSAT-UK, rev. 2020-08-21, [cit. 2021-04-13]. Dostupné online.
  17. Observation #3817587 : 99722 - GRBAlpha : 1936 - VK4JBE-UHF : Fredy Damkalis [online]. SatNOGS Network, 2021-03-22, [cit. 2021-03-24]. Dostupné online.
  18. HODÁS, Martin. Nová slovenská družica žije. Je konečne na orbite, nadviazali s ňou prvý kontakt. Aktuality.sk (Bratislava: Ringier Axel Springer Slovakia), 2021-03-22. Dostupné online [cit. 2021-03-22].
  19. KAPUŠ, Jakub. Krátke správy z obežnej dráhy [online]. facebook.com, 2021-03-23, [cit. 2021-03-24]. Dostupné online.
  20. Odhadovane TLE pre satelit GRBAlpha je objekt 21022G [online]. OM3KAA, 2021-03-24, [cit. 2021-04-02]. Dostupné online.
  21. Jan PE0SAT identified GRBAlpha as object 47941 (21022K) [online]. OM3KAA, 2021-03-31, [cit. 2021-04-02]. Dostupné online.
  22. HODÁS, Martin. Dobrá správa: Slovenská vesmírna družica sa osvedčila. Čo to znamená?. Aktuality.sk (Bratislava: Ringier Axel Springer Slovakia), 2021-05-08. Dostupné online [cit. 2021-05-26].
  23. OHNO, Masanori. GCN Circular #30624 : GRB 210807A: Detection by GRBAlpha. Gamma-ray Burst Coordinates Network (Greenbelt: NASA Goddard Space Flight Center), 2021-08-10. Dostupné online [cit. 2021-08-18].
  24. GRB 210807A. In: Neil Gehrels Swift Observatory [online]. Greenbelt: NASA Goddard Space Flight Center, [cit. 2021-08-18]. Dostupné online.
  25. GRB210807A [online]. Budapest: Konkoly Observatory, [cit. 2021-08-18]. Dostupné online.
  26. HODÁS, Martin. Slovenská družica ako prvý CubeSat na svete detegovala záblesk gama žiarenia. Živé.sk (Bratislava: Ringier Axel Springer Slovakia), 2021-08-11. Dostupné online [cit. 2021-08-18].

Externé odkazy[upraviť | upraviť zdroj]