…czyli wycieczka po oprzyrządowaniu sondy Planck nie tylko dla zaawansowanych. Na stronie ESA można już obejrzeć interaktywny trójwymiarowy model Plancka. W jaki sposób Planck osiągnie tak fenomenalnie dokładne wyniki pomiarów? Jak skonstruowany jest ten wyrafinowany system?

Planck będzie umiarkowanych rozmiarów: cała sonda będzie ważyła w momencie wystrzelenia ok. 1800 kilogramów. Jej planowane wymiary to 4,2 m wysokości oraz 4,2 m średnicy w najszerszym miejscu.

Planck pozwoli na osiągnięcie znacznie większej dokładności pomiaru niż dotychczasowe satelity – będzie miał 10 razy większą dokładność przy pomiarze zmian temperatury promieniowania tła i ponad 50 razy większą rozdzielczość niż COBE. Pozwoli to na zmierzenie zaburzeń w rozkładzie temperatury mikrofalowego promieniowania tła na poziomie milionowych części kelwina. Mało tego, aby w jak największym stopniu wyeliminować promieniowanie obecnej materii, znajdującej się we Wszechświecie, Planck dokona pomiarów nieba na 9 różnych pasmach częstotliwości, z zakresu 30 – 857 GHz. Aby uzyskać tak wielką dokładność, naukowcy musieli zastosować szereg pomysłowych rozwiązań konstrukcyjnych.

Model teleskopu sondy PlanckESA

Model teleskopu sondy Planck tuż po wykonaniu testów wideogrametrycznych, badających jego kształt przy pomocy specjalnych kamer.

Po pierwsze, położenie sondy w Układzie Słonecznym.

Dzięki temu, że Planck będzie orbitował wokół drugiego punktu Lagrange’a, jego odległość od Słońca, Ziemi i Księżyca będzie na tyle duża, że emitowane przez nie promieniowanie nie będzie zakłócało odczytów. Planck będzie poruszał się po orbicie Lissajous, która jest naturalnym ruchem satelity wokół punktu Lagrange’a i wymaga znacznie mniejszych korekt położenia niż gdyby satelita poruszał się po orbicie eliptycznej lub kołowej.

Aby utrzymać pożądany stabilny kierunek wycelowania instrumentów pomiarowych, Planck zostanie wprawiony w niezbyt szybki ruch wirowy – będzie wykonywał jeden obrót na minutę. Osią obrotu będzie prosta, łącząca sondę ze Słońcem. Kierunek “patrzenia” teleskopu będzie zorientowany w kierunku od Słońca i odchylony od osi o 85 stopni. Aby móc analizować również promieniowanie, docierające z biegunów nieba, oś obrotu będzie mogła zostać odchylona o ok. 10 stopni. Ruch obrotowy Plancka w połączeniu z jego ruchem po orbicie pozwoli na omiecenie niemal całego nieba.

Prototyp teleskopu sondy Planck - luty 2007 r.ESA

Prototyp teleskopu sondy Planck, zaprezentowany 1 lutego 2007 roku, podczas specjalnej konferencji prasowej w Alcatel Alenia Space w Cannes. Lustro teleskopu ma duże rozmiary jak na przeciętne wielkości, stosowane podczas misji kosmicznych. Wykonano je przy użyciu specjalnego materiału, opartego na włóknach węglowych.

Po drugie, niezmiernie czułe detektory.

Planck będzie wyposażony w teleskop (reflektor Gregory’ego) z lustrem pierwotnym o średnicy 1,5 m. Będzie on ogniskował promieniowanie kosmiczne i przekazywał je na dwa bardzo czułe urządzenia pomiarowe, nazwane Low Frequency Instrument i High Frequency Instrument (ich nazwy odnoszą się do zakresów częstotliwości, na jakich będą pracować).

Low Frequency Instrument (LFI) to szereg 22 zestrojonych ze sobą odbiorników radiowych, które będą pracować w temperaturze -253oC. Podzielono je na trzy grupy, a każda z nich jest odpowiedzialna za jeden kanał częsotliwościowy. LFI pozwoli więc na obserwację nieba na 3 pasmach, zawierających się w przedziale od 30 do 70 GHz (częstotliwości środkowe: 30, 44 i 70 GHz; ilości odbiorników odpowiednio: 4, 6 i 12).

Konstrukcję odbiorników oparto na urządzeniach o nazwie HEMT (High Electron Mobility Transistors), a zasada ich działania jest podobna do zasady działania radia tranzystorowego. HEMT, tak jak tranzystory, wzmacniają sygnał, zebrany przez antenę (tu: teleskop). Wzmocniony sygnał jest dalej zamieniany na napięcie. W normalnym radiu sygnał byłby następnie podany na głośnik. W Plancku będzie zamiast tego zapisany na dyskach komputerów.

High Frequency Instrument (HFI) to zespół 52 detektorów bolometrycznych – niezwykle czułych przyrządów, wykorzystywanych do zamiany promieniowania elektromagnetycznego na ciepło. Ilość ciepła będzie następnie mierzona przez maleńki elektryczny termometr, podłączony do komputera.

Detektory HFI będą pracowały w obrębie sześciu kanałów częstotliwościowych w przedziale od 100 do 857 GHz (częstotliwości środkowe: 100, 143, 217, 353, 545, 857 GHz; ilości detektorów odpowiednio: 8, 12, 12, 12, 4, 4). Detektory będą musiały działać w temperaturze –272,9oC.

Główne instrumenty pomiarowe sondy PlanckESA

HFI (High Frequency Instrument) i LFI (Low Frequency Instrument) tuż po połączeniu w jedną całość. Skomplikowana, czterogodzinna operacja odbyła się pod koniec listopada 2006 roku w Alcatel Alenia Space w Cannes.

Po trzecie, chłodzenie.

Aby pomiary nie były zakłócone przez ciepło pochodzące od samych przyrządów pomiarowych, urządzenia na Plancku muszą pracować w niezwykle niskich i stabilnych temperaturach. Pomoże to też osiągnąć wielką dokładność pomiarów. LFI wymaga do pracy temperatury ok. 20 K, natomiast HFI musi zostać schłodzony aż do temperatury jednej dziesiątej stopnia powyżej zera bezwzględnego.

Aby uzyskać tak ekstremalny mróz, zaprojektowano złożony, wielostopniowy system chłodzenia, który wykorzystuje m. in. chłodzenie wodorem i helem oraz efekt Joule’a-Thomsona, bazujący na rozprężaniu gazu rzeczywistego.

Teleskop i instrumenty będą ponadto otoczone specjalną przegrodą. Jej umieszczenie ma trzy główne cele. Po pierwsze, nie pozwoli ona światłu słonecznemu na zaburzenie wyników pomiarów. Po drugie, pomoże skutecznie wypromieniowywać ciepło, generowane przez same instrumenty pomiarowe. Po trzecie, zapewni elementom chłodzącym otoczenie o stabilnej temperaturze ok. -223oC (50 K).

Teleskop i instrumenty pomiarowe zostaną umieszczone na wierzchu ośmiobocznego modułu. Wewnątrz modułu znajdą się komputery i inne podsystemy, odpowiedzialne za kompresję danych z detektorów oraz ogólne funkcjonowanie sondy. Na podstawie modułu znajdzie się płaska, okrągła bateria słoneczna, z której prąd będzie zasilał sondę.

Budowniczy sondy PlanckESA

Naukowcy, pracujący nad budową sondy Planck. Zdjęcie wykonano w lipcu 2006 roku, w trakcie pomiarów wideogrametrycznych modelu teleskopu sondy w ESTEC w Noordwijku. W tle widać samą sondę oraz fragment Large Space Simulator. Warto również zwrócić uwagę na obowiązującą w kręgach ESA modę.

Autor

Teresa Kubacka

Komentarze

  1. damazy miszczyszyn    

    Czy to jest błąd? — W news’ie jest napisane, że “Detektory będą musiały działać w temperaturze –279,2 ?C.” Czy jest możliwe osiągnięcie temperatury 6 stopni poniżej zera bezwzględnego???
    Pozdrawiam

    1. czereśnia    

      oczywiście! — Dziekuję za zwrócenie uwagi – wyjątkowo paskudna literówka… Oczywiście, chodziło nie o -279,2 stopnie, a o -272,9 🙂

      Pozdrawiam!
      Teresa Kubacka

Komentarze są zablokowane.