Lem w Kosmosie. Czym jest i jak działa pierwszy polski satelita naukowy?

Kostka o boku 20 centymetrów i wadze 7 kilogramów była przez ostatnie dni tematem numer jeden polskich programów informacyjnych. Dwa lata temu zdecydowano, że ten niepozorny sprzęt – pierwszy polski satelita naukowy – otrzyma nazwę Lem. Czym jest Lem, co potrafi i jakie są jego zadania?

Na orbicie od lutego 2012 roku znajduje się pierwszy polski satelita, czyli PW-Sat. Jest to miniaturowy satelita zbudowany przez studentów Politechniki Warszawskiej. PW-Sat waży około kilograma i ma kształt sześcianu o boku 10 centymetrów.

Jego zadaniem jest wypróbowanie na orbicie elastycznych ogniw fotowoltaicznych oraz przetestowanie systemu pozwalającego na sprowadzenie satelity z orbity w gęste warstwy atmosfery, gdzie PW-Sat spłonie.

O ile testy ogniw przebiegły pomyślnie, to ze względu na niedobór energii nie udało się wysunąć z satelity elementu odpowiedzialnego za deorbitację. Pojawiły się również problemy z łącznością.

Nazwa satelity została wyłoniona w sondzie udostępnionej na stronie Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Bloger Michał R. Wiśniewski zainicjował akcję wysyłania przez głosujących propozycji, by nazwa satelity uhonorowała polskiego pisarza SF.

Stanisław Lem pokonał Jana Heweliusza (tak nazywa się bliźniaczy satelita, który ma znaleźć się na orbicie jeszcze w tym roku), pochodzącego z Sieradza Arego Sternfelda i pana Twardowskiego.

Polski satelita to jeden z sześciu nanosatelitów należących do międzynarodowego programu BRITE, tworzonego przez Kanadę, Austrię i Polskę. BRITE (BRIght-star Target Explorer) to program badawczy, którego celem jest obserwacja zmian jasności najjaśniejszych gwiazd.

Na podstawie pulsowania gwiazd będzie można wnioskować na temat ich wewnętrznej struktury i zachodzących w nich procesów, w szczególności konwekcji, czyli transportu energii. Jak wyjaśnia dr hab. Aleksander Schwarzenberg-Czerny:

Mimo że jest to ważny w przyrodzie mechanizm i znany fizykom od ponad 100 lat, do tej pory nie mamy jego precyzyjnego matematycznego opisu. Nasze badania mogą to zmienić.

W sumie satelity BRITE będą prowadziły obserwację 286 gwiazd, z czego trzy satelity będą obserwować światło niebieskie, a trzy czerwone. Wykonanie tego zadania z powierzchni Ziemi byłoby niemożliwe ze względu na zakłócenia wywoływane przez ruchy atmosfery.

Kostka o boku 20 centymetrów i wadze 7 kilogramów kryje w sobie jeden instrument naukowy: 3-centymetrowy teleskop i kamerę z matrycą 11 megapikseli. Za transmisję danych odpowiada moduł łączności korzystający z pasma S, używanego m.in. przez satelity telekomunikacyjne oraz standard Wi-Fi i WiMAX.

Pamięć pokładowa satelity to 256 MB. Prędkość transmisji danych z Lema waha się pomiędzy 32 kb a 1 Mb/s. Do transmisji komend sterujących pracą satelity wystarczą 4 kb/s. Na zewnętrznych ścianach satelity umieszczono panele słoneczne.

Jego budowę ukończono już w 2011 roku. Od tamtego czasu trwały testy Lema, zakończone ostatecznie we wrześniu 2013 roku.

Choć Polacy od lat konstruują urządzenia wykorzystywane w różnych satelitach i sondach badawczych, to misja Lema jest wyjątkowa. Wprawdzie jest to bardzo mały i prosty satelita, jednak Polacy po raz pierwszy odpowiadają nie tylko za skonstruowanie urządzenia, ale też za całą logistykę misji.

Oznaczało to m.in. konieczność znalezienia sposobu na umieszczenie satelity na orbicie. Ponieważ takimi możliwościami dysponuje jedynie kilka krajów, Polski zespół skorzystał z oferty Rosji. Lem oraz 32 inne satelity zostały 21 listopada 2013 roku pomyślnie wyniesione w Kosmos przez rakietę Dniepr i umieszczone na orbicie 800 kilometrów nad Ziemią.

Dniepr to przebudowana rakieta balistyczna R-36M, którą w latach 70. skonstruowano jako nosiciela bojowych głowic jądrowych. Po zakończeniu zimnej wojny część rakiet bojowych została przebudowana tak, by mogły służyć celom cywilnym. Mimo przebudowy Dniepr zdradza swoje wojskowe pochodzenie – zamiast ze zwykłej platformy startowej rakieta startuje z podziemnego silosu.

Polski satelita został wyniesiony przez rakietę startującą z kosmodromu Jasny. Jest to wydzielona do użytku cywilnego część bazy wojskowej Dombarowski, zlokalizowanej na południu Rosji w pobliżu granicy z Kazachstanem.

15 minut i 50 sekund od startu rakiety Lem pomyślnie oddzielił się od górnego stopnia rakiety Dniepr. Rozdzielenie nastąpiło nad Oceanem Indyjskim. Polskie centrum kontroli nawiązało kontakt z satelitą godzinę i 38 minut od startu, podczas pierwszego przelotu Lema nad Europą.

Pierwsze połączenie trwało 12 minut. W tym czasie wysłano polecenie uruchamiające komputer pokładowy, odebrano z satelity dane telemetryczne i rozpoczęto ładowanie oprogramowania do komputera pokładowego.

Podczas kolejnego przelotu nad Europą nie udało się nawiązać łączności. Problem wynikał jednak tylko z chwilowego braku precyzyjnych współrzędnych Lema. Podsumował to koordynator projektu BRITE-PL mgr inż. Tomasz Zawistowski:

To rutynowa sytuacja. Normalne jest, że na początku funkcjonowania satelity są problemy z łącznością. Opieramy się bowiem na przewidywaniach, a nie na realnych danych, bo te uzyskamy dopiero za kilkanaście godzin.

Czas obiegu satelity wokół Ziemi wynosi 100 minut. Ze względu na charakterystykę jego orbity dogodne warunki do nawiązania łączności występują w godzinach porannych i wieczornych, co oznacza kilka nawiązanych połączeń na dobę.

Bezpośrednio po umieszczeniu satelity na orbicie rozpoczęła się faza LEOP (Launch and Early Orbit Phase), polegająca na sprawdzaniu stanu urządzenia i kontroli modułów łączności. W poniedziałek, 25 listopada, zakończyła się kolejna faza o nazwie LFFT (Long Form Functional Tests), a obecnie trwa uruchamianie drugiego z trzech komputerów pokładowych.