New Horizons: pozemský hardware letící kolem Pluta

Sonda New Horizons se dostala do blízkosti trpasličí planety Pluta a nafotila první detailní snímky. Vesmírem putovala téměř deset let. Jak je vybavená?

Před pár dny jsme získali díky sondě New Horizons první opravdu podrobné snímky trpasličí planetky Pluto, která dle dřívější klasifikace byla planetou. 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 se s sebou nese a čím jí vědci v roce 2005, respektive 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 pak 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).

Klepněte pro větší obrázek
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 pak zase paměť přepisována novými daty.

X band a rychlost spojení 1 kb/s

Sonda New Horizons používá několik antén, které většinu času nejsou namířené k Zemi, takže proto nejdříve data nasnímá, musí se otočit, namířit anténu k Zemi a začít vysílat uložená data z paměti. Sonda používá standardní komunikační systém X band, který pracuje 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.

Klepněte pro větší obrázek
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 ale 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.

Klepněte pro větší obrázek
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.

Klepněte pro větší obrázek
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.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Přehled všech důležitých částí sondy New Horizons

LORRI (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.

Klepněte pro větší obrázek
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.

Klepněte pro větší obrázek

Témata článku: Technologie

53 komentářů

Nejnovější komentáře

  • sojkovec 21. 7. 2015 14:14:49
    Jan jedna věc mi dlouho nejde do hlavy: Kde sakra choděj na ty srandovní...
  • shadow_warior 21. 7. 2015 7:35:13
    chce to ale použít přístě rychlý množivý reaktor chlazený kovem který...
  • Vítězslav Novotný 20. 7. 2015 22:21:03
    moc pěkný článek díky
Aktuální číslo časopisu Computer

Srovnání výhodných 27" monitorů

Velký test levných rychlých routerů

Jak nastavit Android, aby vás nesledoval

45 podrobných testů a recenzí