Studenti simulovali přistání družice na asteroidu v pádové věži

Asteroidy, které jsou známé též jako malé planety nebo rovnou planetky, se skládají z minerálů a hornin. Obíhají kolem Slunce a představují pozůstatky stavebního materiálu, z něhož vznikla právě naše Sluneční soustava. Jako takové v sobě nesou informace z historie Sluneční soustavy a jsou už mnoho let důležitým studijním objektem.

Nejefektivnější platformou pro průzkum asteroidů jsou sondy v jeho blízkosti, které nabízejí dlouhodobá pozorování a krom toho také mohou ve vybrané lokalitě přistát a provést odběr vzorků. Jenže právě přistání na asteroidu představuje úplně jiné výzvy, než dosednutí na tělesa se silným gravitačním polem jako jsou třeba Mars nebo Měsíc. Pokud není vynaložena dostatečná energie, pak se výsadkový modul může odrazit od povrchu a zmizet v hlubinách vesmíru.

Aby bylo podobnému rozčarování zabráněno, je nezbytné dobře pochopit kolik energie je absorbováno nebo naopak uvolněno asteroidem při doteku výsadkového modulu s povrchem. Studenti z Cranfield University proto navrhli simulovat přistání tříjednotkové sondy CubeSat (každá jednotka má rozměr 10 krát 10 krát 10 cm) na asteroidu v rámci programu ESA „Drop Your Thesis!“ Pro tým přitom byly podmínky nízké gravitace v pádové věži (Drop Tower) v německých Brémách téměř dokonalé, protože velmi připomínaly gravitační podmínky u asteroidu.

Pádová věž v institutu ZARM je 146 m vysoká, přičemž ji obklopují řídicí místnosti, laboratoře a díly. Její hlavní částí je ovšem 120 m vysoká železná roura, z níž lze odčerpat vzduch. Uvnitř pak lze provést shoz kapsle nebo naopak její katapultáž. Při shozu je uvolněna z horní části roury, přičemž získá 4,74 s mikrogravitačního (10^-6g) experimentálního času. V katapultovacím režimu je kapsle vystřelena vertikálně vzhůru rourou, kterou pak následně i padá zpět. Tím může získat až 9,3 s mikrogravitace.

Protože experimentální kapsle nenabízí dostatek prostoru pro tříjednotkový CubeSat, rozhodli se jej studenti simulovat s běžným jednojednotkovým CubeSatem (10 x 10 x 10 cm). Případný tříjednotkový CubeSat v sobě nese výhody nízké ceny a využitelnosti pro riskantní operace, jakými může být právě přistání ve členitém, nejistém a dynamickém prostředí malého asteroidu. Studenti se rozhodli pro využití toliko pádového módu, protože nasazení katapultu vystavuje zařízení úvodnímu přetížení 35 g. Což v tomto případě může prováděný experiment vážně poškodit.

Stejně jako při jiném vědeckém experimentu se tým potýkal s nečekanými fenomény a selháním techniky. Díky jinak zanedbatelným silám ovlivňujícím průběh testu na simulovaném povrchu asteroidu byl tým nucen provést některé změny až na poslední chvíli. Zařízení se naštěstí podařilo vyladit, takže během dvou posledních shozů už fungovalo dle očekávání. Tým tak byl schopen pokračovat ve studiu fenoménu s daty získanými během těchto dvou shozů.