Před pár dny jsme díky sondě New Horizons získali první opravdu podrobné snímky planetky Pluto. Dříve nejvzdálenější planeta od Slunce má povrchovou teplotu kolem -229 stupňů Celsia. Dle snímků tak vědci nalezli hory z ledu a zmrzlého dusíku a na první pohled nudný skalnatý povrch. My se ale podíváme na sondu New Horizons, respektive její hardware, díky kterému máme první detaily k dispozici. Co s sebou nese a čím ji vědci v roce 2005 a 2006 vybavili?
Čtyři počítače a dvě malá SSD
Uvnitř sondy New Horizons jsou celkem čtyři samostatné počítače, ale ve skutečnosti se jedna jen o dva typy, přičemž každý z nich má záložní kopii. Jeden se stará o zpracování příkazů a dat, druhý o ovládání sondy.
Počítače jsou založené na 32bitovém procesoru Mongoose-V s architekturou MIPS (R3000) a základní frekvencí 12 MHz. Čip ale umožňuje různé frekvence a časování, které lze ovládat i na dálku. Zajímavostí je, že stejný typ procesoru používaly herní konzole Sony PlayStation 1 i 2, byť na vyšší frekvenci a ve spojení s dalšími speciálními čipy pro hraní her (grafika, zvuk).
Ukázka radiačního štítu u čipu (Zdroj: Wikipedia)
Při použití běžné elektroniky a čipů by znamenalo, že i jedna nabitá částice ve vesmíru by ovlivnila třeba i tisíce elektronů, které jsou používané pro výpočet a data. Čipy jsou proto vybavené ještě radiačním štítem a technologiemi pro kontrolu parity. Redundance je na úrovni samotných obvodů, čipů ale i zmíněných počítačů. Přesné zpracování dat je prostě mnohem důležitější, než samotný výkon. Sonda je daleko ve vesmíru bez možnosti ji jakkoli fyzicky opravit, takže zajištění funkčnosti má největší prioritu.
Během letu se staly dvě výjimečné události – neopravitelná chyba paměti, která byla vyřešená restartem počítačem a před pár dny byl jeden z procesorů zahlcen příkazy. V obou případech se podařilo bez problému dostat z nouzového režimu.
Hlavním cílem sondy je ale sběr dat. Pro jejich uložení jsou k dispozici dvě malá úsporná SSD, každé s kapacitou 8 GB. Podobně jako u počítačů, i zde je jedna paměť primární a druhá záložní. Systém funguje tak, že data ze senzorů jsou postupně uložená a po naplnění paměti se sonda musí kvůli své konstrukci otočit, namířit anténu na Zemi a poslat data z paměti. Po odeslání je paměť přepisována novými daty.
X band a rychlost spojení 1 kb/s
Sonda používá několik antén, které většinu času nejsou namířené k Zemi. Pro transfer se používá standardní komunikační systém X band na frekvencích 7 GHz až 11,2 GHz. Stejně jako u dalších komponent, i zde jsou pro spojení dvojice redundantních přijímačů a vysílačů. Hlavní jediná anténa s 2,1metrovým průměrem má zisk 42 dBi. Doplňují ji mnohem menší antény se středním a nízkým výkonem.
Detail hlavní antény New Horizons (Zdroj: NASA)
Nečekejte ale žádné závratné rychlosti. Když byla sonda u Jupiteru, rychlost přenosu byla kolem 38 kb/s. V současnosti, když je u Pluta, je rychlost pouze kolem 1 kb/s, přičemž s větší vzdáleností se bude nadále snižovat. Vzhledem ke vzdálenosti je obří i odezva, která je už přes 4,5 hodiny, obousměrná reakce si tak vyžádá přes devět hodin.
Žádné solární panely ani baterie
Cílem sondy New Horizons je nasnímání Pluta a dále pokračovat do Kuiperova pásu, okraje naší soustavy a snímat tamní podmínky a obrovské množství menších těles. Jedná se o skutečně vzdálená místa (30 až 50 astronomických jednotek), která nám pomohou zpřesnit informace o tom, jak vznikala naše sluneční soustava.
Architektura RTG (Zdroj: Wikipedia)
V takové vzdálenosti je i Slunce velmi malé a dostupná energie je tak malá, že se vůbec nevyplatí použití solárních článků. New Horizons tak má pouze radioizotopový termoelektrický generátor, který obsahuje 10,9 kilogramů radioaktivního plutonia 238 ve formě oxidu plutoničitého. Jednotlivé články plutonia jsou pokryté iridiem a vše je uzavřené v grafitovém obalu.
Princip rozpadu radioaktivního plutonia generuje teplo, které je následně využito pro vytvoření elektrického proudu. Systém je velmi stabilní a předvídatelný, takže není nutná žádná dodatečná baterie sloužící jako záložní systém. Teplo slouží nejen ke generování elektřiny, ale také zahřívá celou konstrukci sondy, která je vyrobená z odolného hliníku a titanu.
Černý válec sondy New Horizons je radioizotopový termoelektrický generátor
Při startu sondy měl generátor výkon 250 W (30 V), ale nyní po téměř deseti letech už je to jen kolem 200 W. Průměrná ztráta výkonu použitého generátoru činí 5 % za čtyři roky. Vydrží tak poměrně dlouho.
Sedm měřících přístrojů
Kromě interních senzorů, které mimo jiné zahrnují i tři akcelerometry, gyroskop nebo sluneční senzory (detekuje polohu Slunce), má sonda celkem sedm měřících přístrojů. Bohužel chybí třeba magnetometr, který už kvůli omezenému rozpočtu nebylo možné implementovat.
Přehled všech důležitých částí sondy New Horizons
LORR (Long-Range Reconnaissance Imager) je snímací monochromatická CCD kamera s rozlišením 1 024 x 1 024 pixelů pro viditelné světlo. Spektrometr Alice snímá záření v oblasti 50 až 180 nm pro větší detaily atmosféry Pluta. Teleskop Ralph zvládne i infračervenou oblast. SWAP (Solar Wind At Pluto) a PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) slouží pro měření vysokoenergetických částic (až 6,5 keV a 1 MeV). SDC (Student Dust Counter) slouží pro měření prachových částic a REX (Radio Science Experiment) je krystalový oscilátor pro přesné měření rádiových signálů.
Výsledky, které posunou naše znalosti zase o kus dále
Svět nyní žije právě novými a detailními fotografiemi Pluta a jeho měsíců, velká očekávání jsou ale i pro příští roky, kdy bude sonda cestovat ještě dále k okraji naší sluneční soustavy. Celá mise, která v rámci příprav odstartovala v roce 2001, si už vyžádala kolem 700 milionů dolarů, což je ve srovnání s ostatními misemi poměrně málo.
Vývoj snímků Pluta, které jsme měli v průběhu času k dispozici (Zdroj: NASA)
Podobně jako u jiných vzdálených sond, i v tomto případě je na „palubě“ několik pozemských artefaktů v podobě americké vlajky, CD s uloženými jmény 438 738 lidí, kteří se do programu zapojili, zmenšená verze raketoplánu SpaceShipOne od Paula Allena a další. Nezbývá než popřát sondě New Horizons co nejdelší bezproblémovou funkčnost.
