Czy dźwięk „na full” może zniszczyć teleskop? Testy akustyczne podsystemu teleskopu ATHENA
06.08.2019
W lipcu 2019 r. w Laboratorium Akustyki Technicznej (LAT) Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie zakończyły się testy akustyczne kluczowego podsystemu do instrumentu WFI (z ang. wide field imager), który zostanie umieszczony na pokładzie rentgenowskiego teleskopu ATHENA. Chodzi o filtry optyczne do kamery WFI, rejestrującej promieniowanie rentgenowskie z Kosmosu.
Polscy inżynierowie z Centrum Badań Kosmicznych PAN skonstruowali podsystem w kształcie koła, na którym umieszczone będą filtry. Cały element konstrukcyjny FWA (z ang. filter wheel asembly) będzie ważył około 44,5 kg i zapewni pracę instrumentu w siedmiu różnych konfiguracjach w zależności od potrzeb zastosowania filtrów. Filtry optyczne, które mają na celu usunięcie promieniowania optycznego z wiązki rentgenowskiej padającej na kamerę, projektują naukowcy z Włoch.
By spełniać swoją funkcję, filtry muszą być niezwykle cienkie, do kilkuset nanometrów. Dodatkowych trudności przysparza fakt, że zarówno kamera jak i filtry będą mieć duże rozmiary, dzięki czemu będzie można obserwować znaczne obszary nieba. Należało sprawdzić, czy cieniutki filtr o rozmiarze 170 na 170 mm, umieszczony w skonstruowanym przez CBK wymienniku filtrów, przetrwa start rakiety ARIANE 6, która ma w przyszłości wynieść teleskop ATHENA na orbitę. Naukowcy przypuszczali, że fale akustyczne wytwarzane podczas startu rakiety mogą uszkodzić filtr, a wówczas teleskop stanie się bezużyteczny.
Aby wykluczyć taki scenariusz, inżynierowie akustycy z AGH stworzyli warunki dźwiękowe identyczne z tymi, jakie powstaną w czasie startu rakiety. W tym celu użyli największych dostępnych na rynku głośników koncertowych o mocy do 146 dB. Po wielu próbach robionych na filtrach zastępczych i tych prawdziwych, wartych setki tysięcy euro, okazało się, że wszystkie filtry przetrwały.
Ważne jest, by poznać granicę wytrzymałości filtrów, dlatego doprowadzono do uszkodzenia najcieńszego z nich, przy wykorzystaniu maksymalnej mocy zestawu głośnikowego i znacznym przekroczeniu poziomu dźwięku występującego podczas startu rakiety.
Wyniki testów oznaczają, że skonstruowany przez Polaków wymiennik filtrów zabezpiecza niezwykle cienkie folie poliimidowo-aluminiowe przed działaniem fal dźwiękowych i z powodzeniem będzie użyty przy budowie instrumentu WFI na pokładzie teleskopu ATHENA.
Po stronie polskiej członkami międzynarodowego konsorcjum satelity ATHENA są naukowcy z Centrum Astronomicznego Mikołaja Kopernika PAN: Agata Różańska i Piotr Życki, którzy od lat badają Kosmos w dziedzinie rentgenowskiej. Prace polskich naukowców i inżynierów finansowane są z polskiej składki do Europejskiej Agencji Kosmicznej w ramach programu PRODEX. Wyniesienie satelity ATHENA na orbitę planuje się na rok 2031.