Nápady a objevy

22. června 2016

Na elektrofakultě vyvíjejí aplikace pro vesmír

Pohled na satelit Proba-V v kosmickém prostoru | Autor: archiv Ústavu mikroelektroniky FEKT VUT a firmy CSRC

O tom, že se na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií věnují výzkumu zařízení určených pro vesmír, se ví velmi málo. Přitom zde už několik let působí skupina odborníků, kteří se zaměřují právě na tuto oblast a mají za sebou několik úspěšných projektů a na dalších pracují. Jde především o návrh menších zařízení, která však mohou významně ovlivnit některé důležité funkce kosmické družice. Tým věnující se návrhu a vývoji vesmírných aplikací vede na elektrofakultě Lukáš Fujcik z Ústavu mikroelektroniky.

Jak jste se na elektrofakultě dostali k projektům pro vesmírný výzkum?
Spolupráce na těchto projektech začala zhruba před čtyřmi lety díky společnosti CSRC (Czech Space Research Center), která se u nás zabývá vývojem a návrhem aplikací a zařízení využívaných ve vesmírném prostoru. Zástupci firmy mě tehdy oslovili, jestli bych se nechtěl s mým týmem na těchto zajímavých projektech podílet. Nabídka mě oslovila a tím odstartovala naše dlouhodobá spolupráce. Tehdy jsme navrhli ve spolupráci s ČVUT zařízení na měření magnetického pole v extrémních podmínkách. Projekt byl úspěšný, takže jsme začali více spolupracovat a zaměřovat se na aplikace pro vesmír.

V čem je návrh zařízení pro vesmír specifický?
Ve vesmíru jsou specifické podmínky, protože jsou zde různé vlivy jako extrémní radiační záření a teploty, tudíž musíte vybírat součástky, které jsou určené pro tyto podmínky. Problém je, že jich není moc, takže výběr je omezený. V tom máme práci komplikovanější oproti jiným kolegům, kteří rovněž vyvíjí elektroniku, ale ne určenou do kosmu. Velkou roli při návrhu zařízení hraje také cena těchto součástek, která je velmi vysoká. Z tohoto omezeného množství součástek pak musíme ještě vybírat s ohledem na cenu součástky a zároveň zachovat funkčnost celého zařízení. Věřte, že je to někdy velmi těžko řešitelná situace.

Na jakých projektech v současné době pracujete?
Momentálně jsou to dva – ELISA a METOP SG 3MI. Oba jsou zaměřené na návrh elektroniky do družice. ELISA se soustřeďuje na návrh výkonové a napájecí části kompletně pro laser, který bude součástí družice. Úlohou této mise bude měřit a analyzovat gravitační vlny, které už v minulosti předpověděl Albert Einstein.

METOP SG 3MI je mnohem větší projekt, kde vyvíjíme kompletní elektroniku od výkonové části až po zpracování signálů, regulaci a automatizaci motorové části. Jde o optický experiment pro sledování a monitorování povrchu planety Země, počasí, atmosférické teploty a vlhkosti. Je to taková nová generace meteodružice, která by nám měla poskytnout kvalitnější a přesnější data.

Všechny tyto projekty jsou řešeny v rámci Evropské vesmírné agentury (ESA). Projekty jsou to velmi komplexní a technicky náročné, proto na vývoji pracuje mnoho špičkových týmů z celé Evropy, se kterými jsme ve velmi úzké spolupráci a je vždy nutné všechny činnosti dobře plánovat a koordinovat.

Přístroj SATRAM instalovaný na satelitu Proba-V | Autor: archiv Ústavu mikroelektroniky FEKT VUT a firmy CSRC

Jakým způsobem se testují zařízení, než se dostanou mimo zemský povrch?
Každá součástka, kterou použijeme, musí být certifikovaná a schválená pro použití ve vesmíru. To nám zaručuje, že těmto extrémním podmínkám odolají. Například radiační záření dokáže na křemíku napáchat škodu, která má pak vliv na celkovou funkčnost zařízení. Samotný proces schvalování součástek je pak velmi časově, technicky a finančně náročný, proto máme k dispozici jen omezené množství součástek, jak jsem zmínil dříve. Nakonec ještě děláme závěrečné testy a kontrolu v extrémních podmínkách, zda vše funguje tak, jak si přeje zákazník.

Když dostanete zadání, začínáte rovnou sestrojovat zařízení, nebo tomu ještě něco předchází?
Ještě než začneme se samotným návrhem, tak musíme udělat studii proveditelnosti, díky které zjistíme, jestli je vůbec možné všechny požadavky splnit. To znamená, že vše musíme namodelovat a navrhnout v teoretické rovině, ale zároveň přemýšlet o praktickém dopadu. Pak se už soustřeďujeme na samotný návrh hardwaru.

Jakou část z celého projektu zabírá tato teoretická studie?
Dá se říct, že jde o jednu z nejdůležitějších fází. Když se udělá kvalitní studie proveditelnosti a je dobře zdokumentovaná a navržená, mohou se další fáze zjednodušit. Jakmile se na něco zapomene v teoretické části, tak je pak těžké docílit některých požadovaných parametrů. Ale může se také stát, že se nějaký požadavek v průběhu řešení změní, tím pádem už například není možné použít navržený algoritmus a musíme se vracet zpět na začátek. Někdy je to opravdu náročné a zdlouhavé.

Mikroakcelerometr, přístroj pro měření negravitačních zrychlení ve vesmíru, je instalován na třech satelitech SWARM. Na oběžné dráze je od konce roku 2011 | Autor: archiv Ústavu mikroelektroniky FEKT VUT a firmy CSRC

Kolik lidí se na takových projektech podílí?
Snažím se do nich zapojovat nejzkušenější pracovníky z fakulty i šikovné studenty, kteří práci spojí s tématem svojí bakalářské nebo diplomové práce. Pro studenty je to jedinečná příležitost se dostat ke špičkovým projektům a podílet se na samotném řešení. V současné chvíli mám v týmu sedm lidí.

Je těžké sestavit dobrý tým?
Je to velmi obtížné. Bohužel šikovných lidí, kteří by měli potřebné znalosti, není mnoho. V současné době mám v týmu návrháře, na které se mohu plně spolehnout a kteří odvádějí velmi dobrou práci. Většinu členů jsem si vyhlédl už během studia a postupně je zapojoval do mých projektů. Současná skupina začala vznikat už před několika lety.

Jakou máte konkurenci v Česku?
V Česku existují firmy, které se zaměřují na vesmírný výzkum, ale zabývají se jinými směry, třeba vývojem mechanických částí apod. V oblasti návrhu elektroniky určitě nejsme jediní, ale celkový počet se pohybuje spíše v rámci jednotek.

(kah)

TémataFakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vesmír