IMAP i kolejna misja słoneczna. Pracują przy niej Polacy

Polska astronautyka i astronomia przeżywa dobre czasy. Nasi naukowcy i inżynierowie, którzy przez lata walczyli o uznanie na arenie międzynarodowych badań zyskują coraz lepszą reputację. Obecne sukcesy to jednak nie tylko udana misja Sławosza Uznańskiego na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Warto zwrócić uwagę na misję IMAP, która ma być wystrzelona 23 września 2025 r. na pokładzie rakiety SpaceX Falcon 9.

To z pozoru kolejne przedsięwzięcie NASA, do którego swoje pięć groszy dołożyli polscy naukowcy, a w praktyce pierwsza misja, przy której polska instytucja, Centrum Badań Kosmicznych (CBK) PAN, jest odpowiedzialna w całości za powstanie jednego z instrumentów - GLOWS (GLObal solar Wind Structure).

Ten udział jest możliwy dzięki celowemu wsparciu finansowemu z budżetu państwa, które opiewa na kwotę prawie 20 milionów złotych. Oprócz doświadczenia pracowników CBK przy wcześniejszych misjach, bardzo istotne było właśnie to finansowanie, gdyż był to warunek przyjęcia CBK jako jednego z wykonawców instrumentu naukowego, a nie jedynie podwykonawców.

By przybliżyć epokowe znaczenie tej misji i instrumentu GLOWS dla polskiego sektora kosmicznego poprosiłem o rozmowę dr. Inż. Tomasza Zawistowskiego, zastępcę dyrektora ds. rozwoju technologii w CBK, menedżera GLOWS.

Karol Żebruń, dziennikarz Wirtualnej Polski: Panie doktorze, czego jeszcze nie wiemy o naszym Słońcu, co zmusiło naukowców do zbudowania takiej sondy?

Tomasz Zawistowski: IMAP to misja, która ma zrealizować kilka zadań, w tym dowiedzieć się, z czego składa się i jakie właściwości ma materia międzygwiazdowa, znajdująca się w bezpośrednim otoczeniu naszego Układu Słonecznego. Jej zadaniem jest także zrozumienie, jak zmienia się w czasie i przestrzeni granica między wiatrem słonecznym a materią międzygwiazdową, czyli zmapować granice Układu Słonecznego, określając zakres wpływu Słońca i początku przestrzeni międzygwiezdnej. IMAP będzie też badał jak pole magnetyczne Słońca oddziałuje z polem magnetycznym i materią międzygwiazdową. I w końcu pozwoli poznać jak powstają i przyspieszają cząstki energetyczne w pobliżu Słońca, wewnątrz heliosfery i na jej granicy.

Do czego przyda się ta nowa wiedza o wietrze słonecznym?

Nowe informacje mają umożliwić zaawansowane przewidywanie pogody kosmicznej z lokalizacji w punkcie między Słońcem i Ziemią, ok. 1.5 mln km od Ziemi. To miejsce to tak zwany punkt L1 lagrange’a. Można go porównać do najlepszego "punktu widokowego" na Słońce - pozwala prowadzić obserwacje bez przeszkód ze strony Ziemi czy Księżyca. Dla naszego instrumentu GLOWS to kluczowe, bo blisko Ziemi otacza nas bardzo jasna egzosfera, która zasłaniałaby właściwy sygnał. W punkcie L1 możemy badać zjawiska czysto i precyzyjnie, bez tego zakłócającego "blasku w tle".

Jak dużym obiektem jest sonda IMAP?

Na pokładzie znajduje się 10 instrumentów, sam pojazd został wyprodukowany przez Applied Physics Laboratory przy Johns Hopkins University w Baltimore. IMAP jest cylindryczną bryłą o średnicy 2,4 metra i wysokości 0,8 metra. Wraz z paliwem waży 900 kg, a 756 kg bez paliwa. Po umieszczeniu na orbicie sonda będzie obracała się wzdłuż głównej osi z prędkością 4 obrotów na minutę.

Dlaczego misja IMAP jest tak ważna dla CBK?

GLOWS będzie badał rozpraszanie i świecenie atomów neutralnych wodoru. Dzięki temu poznamy lepiej strukturę i zmienność wiatru słonecznego. Będzie można dokładniej zrozumieć, jak heliosfera chroni Ziemię przed promieniowaniem kosmicznym.

I co bardzo istotne, Polska zyskuje prestiż i doświadczenie w misjach międzyplanetarnych – to kontynuacja zaangażowania po sukcesach w misjach takich jak Rosetta (misja na kometę), Cassini (misja do układu Saturna), Herschel (teleskop podczerwony) czy InSight (lądownik marsjański).

Dr. Inż. Tomasz Zawistowski: Udział CBK PAN w misji IMAP oznacza współtworzenie światowej klasy nauki i technologii.

Czym zatem różniła się budowa polskiego instrumentu dla IMAP w porównaniu do wcześniejszych przedsięwzięć CBK we współpracy z NASA/ESA?

Wcześniej nasza rola zazwyczaj kończyła się na etapie zbudowania i przekazania instrumentu, a dalsze kwestie związane z jego obsługą spoczywały na innych zespołach. Tym razem odpowiedzialność CBK objęła nie tylko budowę, ale również operowanie instrumentem, co stanowiło dla nas nową i znacznie bardziej kompleksową rolę.

Wyzwaniem było też tempo realizacji. Podczas gdy projekty tego typu trwają około 10 lat, IMAP zakładał zakończenie prac w ciągu 5 lat. Aby było to możliwe, wszystkie komponenty musiały od początku charakteryzować się wysokim poziomem gotowości technologicznej (TRL) i bazować na rozwiązaniach już wcześniej sprawdzonych w kosmosie. W naszym przypadku udało się wykorzystać bogate doświadczenie CBK oraz podsystemy z innych projektów, które jednak wymagały daleko idących modyfikacji. W praktyce oznaczało to stworzenie zupełnie nowego urządzenia.

Czy zdarzyło się coś nieprzewidzianego podczas realizacji projektu?

Tak. Niemiecki partner odpowiedzialny za kluczowy element instrumentu nie otrzymał wsparcia finansowego. W efekcie CBK musiało przejąć całą odpowiedzialność za detektor oraz system wysokiego napięcia, co było dla nas całkowicie nowym obszarem. Wyzwania techniczne potęgowały też czynniki zewnętrzne: pandemia COVID-19, przerwane łańcuchy dostaw, inflacja czy liczne problemy inżynierskie. Finalnie projekt zajął 6 lat.

Jak ważny jest polski instrument dla całej misji IMAP?

GLOWS jest unikatowy - jest nie tylko niezależnym instrumentem z własnym programem naukowym, ale także dostarcza kluczowych danych wspierających pracę innych instrumentów. To podkreśla jego wyjątkową wagę i rolę w całej misji.

W jaki sposób będą analizowane dane z misji?

Odbędzie się to na bieżąco. Kładzie się ogromny nacisk na to, aby informacje już w ciągu minut lub godzin od przesłania na Ziemię, po wstępnej obróbce, trafiały do ogólnodostępnych repozytoriów. To szczególnie ważny element podejścia szefa misji, prof. Davida McCommasa, który od lat promuje zasadę jak najszybszego udostępniania danych całej społeczności naukowej.

Skąd wzięła się inicjatywa budowy instrumentu w Polsce?

CBK jest zaangażowane w misję IMAP od samego początku w 2017 roku. Inicjatywa wyszła ze strony amerykańskich partnerów - po bardzo udanej współpracy naukowej zespołu prof. Macieja Bzowskiego w ramach misji IBEX (protoplasty IMAP) oraz dzięki naszym doświadczeniom inżynieryjnym zaproszono CBK PAN do udziału w projekcie z własnym instrumentem. Był to wówczas jedyny instrument spoza USA przewidziany na pokładzie satelity. W połowie 2018 roku NASA oficjalnie podjęła decyzję o wyborze misji IMAP do realizacji. 

Czy możemy liczyć na to, że CBK idąc za ciosem zaangażuje się w budowę kolejnych instrumentów dla innych misji?

Tak. W CBK właśnie powstaje instrument FGS dla misji ARIEL Europejskiej Agencji Kosmicznej, której celem będzie badanie atmosfer planet krążących wokół innych gwiazd. To ogromny krok w stronę poznawania egzoplanet. Po raz pierwszy od 10 lat wracamy także do budowy całego satelity. CBK angażuje się również w przygotowania do dużych misji międzynarodowych ATHENA czy TEZEUSZ - i to nie koniec naszych planów.