Témata

Pětadvacátého prosince loňského roku odstartovala z evropského kosmodromu ve Francouzské Guyaně raketa Ariane 5, v jejímž nákladovém prostoru byl na svou misi připraven vesmírný dalekohled Jamese Webba. Právě začala nová etapa poznávání vesmíru. Vědci si od ní slibují nové informace o vzniku vesmíru, černých dírách a temné hmotě.

Tento článek je součástí seriálu:
Stroje v pohybu
Díly
Ivan Heisler

V redakci časopisu MM Průmyslové spektrum zastává pozici odborného redaktora. Vystudoval obor Stavební údržba a rekonstrukce tratí na Vysoké škole dopravy a spojů v Žilině. Po ukončení studia pracoval jako projektant ve Státním ústavu dopravního projektování, poté jako redaktor odborných publikací pro uživatele osobních počítačů a jako šéfredaktor časopisu Počítač pro každého. Do MM Průmyslového spektra nastoupil v roce 2021.

Reklama

Na vědeckém projektu, jehož celkový rozpočet přesahuje částku 10 miliard amerických dolarů, spolupracují tři kosmické agentury: Americká NASA, evropská ESA a kanadská CSA. Jde o dlouhodobý projekt, plány na sestrojení nástupce Hubbleova vesmírného dalekohledu začaly vznikat už v roce 1989. Konkrétnější podobu dostaly v roce 1996 a v roce 2004 byla zahájena výroba jednotlivých částí. Dalších 17 let uplynulo, než bylo všechno vyrobeno, sestaveno, pečlivě otestováno a připraveno ke startu rakety Ariane 5, kterou vyrobila a poskytla Evropská kosmická agentura.

Webbův vesmírný dalekohled v plně rozloženém stavu dorazil na určené místo. (Zdroj: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez)

Čtyřikrát dál než na Měsíc

V průběhu příprav se vědci rozhodli pověřit nový teleskop pozorováním vzdálených končin vesmíru v infračerveném pásmu záření a umístit jej do větší vzdálenosti od Země i od Slunce, aby citlivé přístroje byly co nejméně rušeny slunečním zářením. Jako vhodnou pozorovatelnu vybrali oblast tzv. druhého Lagrangeova bodu (L2) soustavy Slunce – Země. Zařízení o hmotnosti 6 200 kg bylo tedy třeba dopravit do vzdálenosti 1,5 milionu kilometrů od Země, což je téměř čtyřnásobek vzdálenosti k Měsíci. Jen samotná cesta od startu po dosažení cílové oblasti trvala měsíc. Kolem bodu L2 nyní teleskop obíhá v rovině přibližně kolmé na spojnici Slunce a Země.

Druhý Lagrangeův bod
Druhý Lagrangeův bod (librační bod L2) soustavy Slunce – Země leží na spojnici těchto dvou těles přibližně 1,5 milionu km od Země směrem od Slunce a obíhá kolem Slunce společně se Zemí. Gravitační síly (Země a Slunce) působící na malé těleso umístěné v tomto bodě se vyrovnávají s odstředivou silou a těleso zde vydrží s minimálními nároky na korekce polohy, a tedy i na spotřebu paliva při nutném manévrování. Vzhledem k tomu jde o výhodnou pozici pro pozorování vzdáleného vesmíru.

Reklama
Reklama

Zrcadlový teleskop

Na pohled nejatraktivnější částí celého zařízení jsou pozlacená zrcadla teleskopu. Jde o třízrcadlový anastigmatický dalekohled. Velké primární parabolické zrcadlo je tvořeno 18 šestiúhelníkovými deskami o celkové ploše 25 m2. Vzdálenost krajních bodů zrcadlové plochy je 6,6 m. Ohnisková vzdálenost tohoto zrcadla je 131,4 m. Desky jsou vyrobeny z beryllia a pokryty tenkou vrstvou zlata, jež je navíc chráněno tenkou vrstvou skla. Od jejich povrchu se paprsky odrážejí k menšímu, sekundárnímu zrcadlu, umístěnému na trojnožce naproti zrcadlu primárnímu. Odtud se záření odráží k plochému zrcadlu terciárnímu a od něj pak k přístrojům, jež se nacházejí v prostoru za primárním zrcadlem. Natočení i zakřivení každé z desek primárního zrcadla i zrcadla sekundárního lze podle potřeby upravit tak, aby bylo možno celý teleskop perfektně zaostřit. Všechno musí fungovat automaticky nebo „na dálkové ovládání“, nebo do takové vzdálenosti od Země nelze poslat kosmonauty, aby něco opravili. To bylo možné udělat v případě Hubbleova vesmírného dalekohledu, který krouží na oběžné dráze kolem Země ve výšce pouhých 500 až 600 km.

Raketa Ariane 5 na kosmodromu Kourou ve Francouzské Guyaně dva dny před startem. (Zdroj: NASA / Bill Ingalls)

Fotoaparáty a spektroskopy

Na zadní straně primárního zrcadla je hlavní část observatoře – integrovaný modul vědeckých přístrojů, které snímají záření z hloubky vesmíru zachycené teleskopem a generují data určená pro další zpracování. Čtyři zařízení osazená fotoaparáty a spektroskopy sledují záření v rozsahu vlnových délek od 0,6 µm do 28,5 µm. Tento rozsah zahrnuje rozmezí od oranžové části viditelného spektra přes blízkou infračervenou oblast až po střední infračervenou oblast spektra.

Sluneční clona a chlazení

Přístroje snímající infračervené záření jsou velmi citlivé na tepelné záření a pro správnou funkci musí být silně podchlazeny – potřebují teplotu blízkou absolutní nule. Aby k nim neproniklo sluneční záření ani teplo generované ostatními částmi observatoře (motory, počítačem a navigačními a komunikačními systémy), bylo nutné sestrojit sluneční clonu. Ta trochu připomíná velkého papírového létacího draka. Má tvar kosočtverce o úhlopříčkách dlouhých 21,2 a 14,2 m. Clona je tvořena pěti vrstvami velmi tenké fólie, mezi nimiž jsou mezery široké od 3 do 25 cm. Fólie je vyrobena z polyimidového materiálu kapton. Tloušťka materiálu krajní plachty na slunečné straně je 50 µm (tato tlouška odpovídá tloušce jemného lidského vlasu), ostatní čtyři plachty jsou z fólie ještě o polovinu tenčí. Kaptonová fólie je ve všech případech potažena ještě 100nm vrstvou hliníku, první dvě plachty ještě 50nm vrstvou upraveného křemíku.

Reklama

Teplota na slunečné straně clony dosahuje hodnoty 85 °C, stinná strana udržuje stálou teplotu přibližně -233 °C (40 K). Tato teplota je optimální pro fungování optické části dalekohledu a většiny přístrojů. Jeden z přístrojů, sledující záření ve středním infračerveném pásmu, však pro správnou funkci potřebuje teplotu ještě nižší. Tento přístroj musí být chlazen (prostřednictvím dvoustupňové „chladničky“) až na teplotu -266 °C (tj. pouhých 7 K).

Optická soustava Webbova vesmírného dalekohledu v montážní hale. (Zdroj: NASA)

Servisní modul

Na slunečné straně clony jsou umístěna zařízení, jež mají na starosti provoz, navigaci a komunikaci. Předně je tu umístěn řídicí počítač. K udržování dalekohledu ve správné poloze a k jeho natáčení slouží složitý navigační systém. Ten využívá tři sledovače hvězd (malé dalekohledy, podle jejichž záběrů se observatoř orientuje v prostoru), šest gyroskopů a šest reakčních kol. Reakční kola jsou v podstatě setrvačníky. Změna rychlosti otáčení některého z nich vyvolá rotaci celé observatoře, aby zůstal zachován její celkový moment hybnosti. Tak lze dalekohledem podle potřeby libovolně otáčet, ale vždy tak, aby sluneční clona byla stále nastavena proti Slunci a aby se optická zařízení nacházela v jejím stínu.

Pro udržování správné vzdálenosti od Slunce je teleskop vybaven malými raketovými motory, jež mají k dispozici zásobu paliva přibližně na 10 let provozu.

Spojení se Zemí zajišuje komunikační modul se směrovou anténou, namířenou k Zemi. Komunikace probíhá s přenosovou rychlostí 28 Mb.s-1.

K napájení observatoře elektřinou slouží solární panel, umístěný pochopitelně rovněž na slunečné straně. Tento panel poskytuje výkon 2 000 W.

Jedno z mnoha oficiálních videí ukazuje, jak probíhalo rozkládání Webbova dalekohledu během letu do určeného prostoru. (Zdroj: NASA/Northrop Grumman)

Precizní skládačka

Už z pouhého porovnání rozměrů observatoře s rozměry nákladového prostoru rakety je zřejmé, že zařízení muselo být skládací, aby se do rakety vměstnalo. Aby se teleskop vešel do nákladového prostoru rakety Ariane 5, jejíž trup má průměr 5,4 m, museli jej konstruktéři poskládat do tvaru o výšce 10,66 m a šířce 4,5 m. Složité rozbalování této skládačky probíhalo za letu a začalo už půl hodiny po startu, když se teleskop oddělil od druhého stupně rakety. Nejprve byl rozložen solární panel, který získává elektrickou energii pro ostatní zařízení na palubě. Po něm byla aktivována komunikační anténa, zajišující spojení se Zemí. Mezi třetím a 10. dnem po startu se rozvinula a napnula sluneční clona, následovalo rozložení velkého zrcadla a trojnožky nesoucí zrcadlo sekundární. Čtrnáct dní po startu byl teleskop plně rozložen, dalších 14 dní zabralo nastavování jednotlivých segmentů zrcadla do provozní polohy. Do cílového prostoru (na oběžnou dráhu kolem bodu L2) observatoř dorazila podle plánu po 30 dnech letu v plně rozložené podobě. Nyní bude po několik měsíců probíhat zaostřování dalekohledu a kalibrace přístrojů, první snímky dalekého vesmíru observatoř odešle v polovině letošního roku.

Související články
Stroje v pohybu – Vrtulník na Marsu

Vědci a technici z amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) právě řídí jednu z nejnáročnějších operací v dějinách kosmonautiky. Expedice Mars 2020 hledá známky bývalého života na sousední planetě. Kromě pojízdné laboratoře je na Marsu také první stroj, který létá vlastní silou na jiné planetě, než je Země.

Ohlédnutí za MSV 2018

Jubilejní strojírenský veletrh v Brně se i letos nesl ve znamení inovací, technických i technologických novinek (často také světových premiér), ale hlavně v duchu oslav stého výročí založení Československé republiky, takže se také vzpomínalo na historické úspěchy v technice v expozici 100RIES. A není tedy divu, že partnerskou zemí bylo letos Slovensko. Na následujících řádcích přinášíme malé ohlédnutí za veletrhem, kde připomeneme některé exponáty, které v očích naší redakce za zmínku a vzpomínku stojí.

Integrovaný obvod o tloušťce jedné molekuly

Lidstvo již zvládlo přeměňovat světlo na elektřinu a vytvořit akumulátory, v nichž nedochází k chemickým reakcím. Problémem však je, že tyto přístroje mají velmi nízkou účinnost. Nejlepších parametrů by se dosáhlo při použití polovodičů o tloušťce jediné molekuly. A ty se nyní naučili vyrábět vědci z ruského institutu MISiS, který je partnerem ruské korporace pro atomovou energii Rosatom.

Související články
Umělé svaly, část 3: Dielektrické elastomery, 2. díl

Náš seriál pokročil do 21. století, ve kterém se téma umělých svalů stále častěji spojuje s technologií dielektrických elastomerů. Mobilní roboti, výrobní stroje, linky, dopravníky… všude zde se nabízí jejich využití. 2. díl je pokračováním a dokončením tématu dielektrických elastomerů

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Umělé svaly; část 3. Dielektrické elastomery, část 1.

Náš seriál pokročil do 21. století, ve kterém se téma umělých svalů stále častěji spojuje s technologií dielektrických elastomerů. Mobilní roboti, výrobní stroje, linky, dopravníky… všude zde se nabízí jejich využití.

S uranem v podpalubí

V březnovém vydání MM Průmyslového spektra jsme publikovali článek pod názvem Jaderné ledoborce pro Severní cestu. Jelikož tento text vzbudil zájem řady čtenářů, rozhodli jsme se na toto téma připravit další podrobnější příspěvek.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Spjato s regiónem, otevřeno pro celý svět

Aktuálním tématem současné doby jsou diskuze o lokálních ekonomikách, jejich vlivu na inovační potenciál, vytváření firemní kultury a rozvoj podnikatelského prostředí. Jejím velkým zastáncem a propagátorem je profesor Milan Zelený. Učíme se od Baťů a jejich metody bychom měli s potřebnou modifikací upravovat pro naši dobu. Nedávno jsem měl možnost navštívit německého výrobce obráběcích strojů, společnost Hermle, která mojí optikou pohledu splňuje znaky lokální výroby s globální působností. Na každém kroku to bylo znát.

Koroze napříč všemi obory

Mezinárodní konference Eurocorr, která každoročně přiláká k účasti tisícovku zástupců komerční i akademické sféry včetně nejvýznamnějších celosvětově uznávaných korozních inženýrů, řadu sponzorů a vystavovatelů z oblastí povrchových úprav a povlaků kovů, chemických úprav prostředí, elektrochemických protikorozních ochran, korozního monitoringu, inspekce a zkušebnictví a mnoha dalších, se letos v září díky Asociaci korozních inženýrů poprvé v historii konala v Praze.

Made in Asia

Třináctý ročník výstavy China International Machine Tool Show se opět nesl v duchu změn, které v Číně delší dobu probíhají. Čeští škarohlídi se ve zprávách „radují“, že růst Číny v minulém kvartále zpomalil. A hned udávají čísla ze 7,4 na 7 procent. Zajisté katastrofální – sarkasmus. V tomto textu se dostaneme k některým aspektům i konkrétním objektům vystavované výrobní techniky, kterých si letos stálo za to všimnout.

Kovový 3D tisk v průmyslové praxi

Výroba složitějších dílů technologií slévání či tváření a následným obráběním lze zvlášť ve fázi prototypování úspěšně nahradit technologií kovového 3D tisku. Šetří se čas, finance a v neposlední řadě lze získat konstrukčně složité díly, které by konvenčním způsobem nebylo prakticky možné vyrobit.

Lipsko letos jenom digitálně

Tradiční dvojice veletrhů pro oblast strojírenství a subdodavatelského průmyslu Intec a Z v Lipsku se letos uskuteční v termínu 2.–3. března 2021 výhradně digitálně pod názvem „Intec/Z connect“. Společnost Leipziger Messe, pořadatel veletrhu, se takto rozhodla, neboť současný vývoj koronavirové pandemie a s tím spojená omezení neumožňují takto velkou akci smysluplně realizovat klasickou ani hybridní formou

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Horké komory pro práci s radioaktivním materiálem

V Řeži u Prahy bylo vybudováno nové výzkumné centrum, jehož součástí byla také výstavba kom-plexu horkých komor. Účelem výstavby bylo vytvořit pracoviště pro bezpečnou práci s vysoce radi-oaktivním materiálem. Po pěti letech budování se na začátku roku 2017 podařilo úspěšně zahájit aktivní provoz laboratoří, které jsou schopné zpracování, mechanického testování a mikrostrukturní analýzy radioaktivních materiálů (tlakové nádoby, vnitřní vestavby reaktorů, pokrytí paliva) s aktivi-tou až 300 TBq 60Co, materiálů pro reaktory III. a IV. generace a fúzní reaktory.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit