Místo těžkopádných naddimenzovaných bezpečnostních řešení, která jsou často přehnaně drahá a robustní, lze v kosmických technologiích využít zcela nový přístup, založený na pochopení rizik a jejich pravděpodobnosti. Získáme tak zachování bezpečnosti a omezíme plýtvání materiálem a zdroji. Tak by se dal v kostce popsat přístup k návrhové bezpečnosti v oblasti kosmických technologií, se kterým na konferenci AXRO 2024 vystoupil koordinátor VUT pro oblast space Vratislav Šálený.

„Představme si, že navrhujete vesmírnou stanici, která bude obíhat kolem Měsíce. Tradiční přístupy k návrhu takových systémů spoléhají na takzvané konzervativní bezpečnostní rezervy. Inženýři proto přidávají navíc materiál, energii nebo další zdroje, aby si byli jistí, že systém zvládne i ty nejhorší scénáře. Tento způsob sice zajišťuje bezpečnost, ale často vede k těžkopádným, předimenzovaným a drahým řešením. Nový přístup se dívá na návrh jinak. Místo nejhorších možných scénářů využívá pokročilé metody kvantifikace nejistoty, tedy analyzuje možné odchylky od návrhu a statistickými metodami hledá nejlepší realistické řešení. Pracuje s pravděpodobností, že se určité události mohou stát současně,“ popisuje výzkumník Vratislav Šálený z Energetického ústavu FSI.

Pomocí počítačových simulací lze testovat, co se stane, když se ve stejném okamžiku sejdou různé možné události – například vibrace při startu rakety, výkyvy teplot nebo nepřesnosti ve výrobě. Na základě simulací lze pak vytvořit návrh, který je bezpečný, aniž by plýtval materiálem a zdroji. „Precizním řízením rizik zachováme bezpečnost a díky efektivnímu využití zdrojů jsou technologie lehčí a levnější. Což je zásadní, protože každý kilogram dopravený do vesmíru stojí miliony,“ upozorňuje Šálený.

Tento inovativní přístup tak otevírá zcela nové možnosti pro stavbu lepších družic, vesmírných stanic nebo modulů pro přistání na Měsíci či na Marsu. „Posouváme hranice tradičního myšlení od ‚co kdyby se stalo to nejhorší‘ k ‚jaká je pravděpodobnost, že dojde k jistým scénářům, a jak na ně můžeme co nejúčinněji reagovat‘,“ dodává Šálený, který svůj příspěvek na toto téma přednesl v polovině listopadu na International Conference on Astronomical X-Ray Optics AXRO 2024 v Praze.

Čínský program na vzestupu

Hlavním cílem konference je představit a vyměnit si názory na nejnovější technologie pro mise v takzvané rentgenové astronomii. Tato oblast se zabývá vesmírnými objekty, které vysílají rentgenové záření, jeho nejčastějšími zdroji ve vesmíru jsou neutronové hvězdy, supernovy, mlhoviny vzniklé po výbuchu supernov a černé díry. „Účastníky konference byli především špičkoví vědci zaměření na pozorování vesmíru v rentgenové oblasti. Mnozí z nich pracují na aktuálně nejvýznamnějších světových vesmírných misích. Tito odborníci jsou navíc často v pozici zákazníků, zadavatelů a uživatelů inženýrských návrhů, snad i proto je můj příspěvek zaujal,“ říká Šálený s tím, že byl potěšen pozitivními reakcemi. „Někteří dokonce projevili zájem o spolupráci na počítačových simulacích zaměřených na statistickou optimalizaci vlastností nanášených povrchových vrstev, což představuje velmi zajímavou průmyslovou aplikaci pro tento nový přístup, který na VUT vyvíjíme ve spolupráci s firmou UptimAI,“ dodává.

Akce přilákala jak tuzemskou špičku vesmírného výzkumu, tak i významné zahraniční hosty, například Williama W. Zhanga z NASA Goddard Space Flight Center nebo Vadima Burwitze z Max Planck Institute for extraterrestrial Physics.

Konference se věnovala i dvěma aktuálním světově významným vesmírným misím. První je mise Einstein Probe: čínská vědecká družice ve spolupráci s ESA a Institutem Maxe Plancka, úspěšně vypuštěná do vesmíru letos v lednu, která má za úkol výzkum černých děr, temné hmoty a energie, obyvatelných exoplanet a zákonitostí vesmíru. Druhou je eXTP (enhanced X-ray Timing and Polarimetry) – vědecká mise, která se zaměří na výzkum chování extrémně husté hmoty v silném gravitačním a magnetickém poli. Opět jde o čínský projekt, vypuštění družice je předpokládáno na počátku roku 2030.

„Obě mise dobře odrážejí jeden z nepřehlédnutelných trendů v oblasti space, kterým je stále větší role Čínské lidové republiky a její akademie věd v nejvýznamnějších vesmírných misích současnosti, včetně výše zmíněných. Svědčí to o jejím rostoucím vlivu v oblasti kosmického výzkumu a také schopnosti financovat a organizovat technologicky náročné a vědecky ambiciózní projekty. Tento fakt by měl být pro Evropu podnětem k zamyšlení nad tím, jak posílit svou pozici v oblasti kosmického výzkumu,“ doplňuje Šálený.

„Účast na konferenci byla pro mě přínosná zejména díky možnosti setkat se s předními světovými odborníky na rentgenová pozorování vesmíru a obohatit si své znalosti o nejnovější dění v této oblasti. Konference AXRO, která má za sebou již patnáctiletou tradici, je jedinečnou platformou, kde se tyto vědecké špičky pravidelně setkávají. Velký dík za tento mimořádný formát patří profesorovi Renému Hudcovi, duchovnímu otci této konference, a jeho výjimečnému organizačnímu týmu,“ uzavírá Šálený.