Přestože lety do vesmíru byly prestižní záležitostí a obě supervelmoci mezi sebou vedly nesmiřitelný boj o dosažení všech možných prvenství, v otázce poselství jiným civilizacím našly překvapivě společnou řeč. V roce 1971 se v arménském Bjurakanu konala sovětsko-americká konference o mimozemských civilizacích. Jedním z důležitých závěrů byla myšlenka, že by lidstvo nemělo zůstávat jen u pasivních pokusů o zachycení signálu mimozemských civilizací, ale mělo by být aktivní a dát o sobě vědět.
Velké cesty, malé finance
Cestování vesmírem není jako cesta z Prahy do Brna. Planety jsou v neustálém pohybu a neustále mění svou vzájemnou polohu, což cestu k nim poněkud komplikuje. Ale všechno zlé je k něčemu dobré. Protože se doby oběhů kolem Slunce liší, občas se planety „srovnají“ tak, že jich sonda vypuštěná ze Země může navštívit několik.
Americký inženýr Garry Flandro z JPL (Jet Propulsion Laboratory), patřící pod NASA, si již na začátku 60. letech uvědomil, že podobná konstelace nastane koncem sedmdesátých let. Vnější planety sluneční soustavy by tak bylo možné navštívit startem jedné sondy. Planety se v takovém postavení nalézají jednou za 175 let, takže NASA usoudila, že by se to využít mělo a vyhlásila program Grand Tour. V původním konceptu měly být vyslány čtyři sondy. Dvě měly navštívit Jupiter, Saturn a Pluto (v té době byl považován za planetu), zatímco druhá dvojice měla směřovat k Jupiteru, Uranu a Neptunu.
 |
V roce 1969 NASA představila pracovní skupinu pro vnější planety, která měla cesty naplánovat, technicky vyřešit řadu problémů, které s sebou nesly, a navrhnout sondy. Náklady na program však překročily akceptovatelnou mez, takže byl nakonec v roce 1971 zrušen a nahrazen skromnějším programem návštěvy Jupiteru a Saturnu, pomocí dvojice sond odvozených od programu Mariner. Tento program dostal v březnu 1977 název Voyager.
NASA si byla vědoma, že si ukousla velké sousto a že výlet k vnějším planetám se dá jen těžko srovnat s čímkoli, co do té doby podnikla. Nicméně již od roku 1964 běžel program, který měl využít jiné startovací okno, otevírající se na pár týdnů jednou za 13 měsíců. NASA počítala s vypuštěním dvojice sond, které měly proletět pásmem asteroidů, navštívit Jupiter a pokračovat dál. Předpokládané termíny startu byly roky 1972 a 1973.
Program byl schválen v únoru 1969 sondy byly pojmenované Pioneer F a Pioneer G. Sondy nesly písmenné rozlišení, které se po úspěšném vypuštění měnilo na číselné. Do historie tak vstoupily jako Pioneer 10 a 11. Jednalo se o první sondy na světě určené k průzkumu vnějších planet Sluneční soustavy. Zároveň to byly první objekty, které bylo nutné urychlit na třetí kosmickou (hyperbolickou) rychlost, první sondy, které prolétly pásmem asteroidů, a první, které nakonec opustily sluneční soustavu. Z toho důvodu byly k jejich tělům připevněny kovové plakety s poselstvím mimozemským civilizacím.
Velké neznámé
Před konstruktéry stála řada otázek. Odpovědi na některé mohli jen tipnout. Začínalo to u nosné rakety. Bylo třeba použít trojstupňovou verzi rakety Atlas SLV-3C Centaur-D Star-37E. Jak označení napovídá, třetí stupeň tvořil raketový motor Star-37E na tuhá paliva. Číslo 37 udává přibližný průměr prachového zrna motoru Thiokol FW-4, s tahem 43,5 kN po dobu 42 sekund. Třetí stupeň sloužil k urychlení sondy na třetí kosmickou rychlost.
U Jupiteru je intenzita slunečního záření asi 40 krát menší než u Země. Tím bylo vyloučeno použití slunečních baterií k napájení palubních přístrojů. Konstruktéři navrhli „jaderný“ pohon, v podobě radioizotopového termoelektrického generátoru (RTG nebo RITEG, aby se to nepletlo s rentgenem). Elektrickou energii vyrábějí polovodičové termočlánky, jejichž „teplý“ konec je zahřívaný α rozpadem tablet izotopu plutonia 238Pu, respektive jeho oxidu 238PuO2.„Studený“ konec je chlazený z vnějšího prostředí.
Největší výhodou je dlouhá doba činnosti. Plutonium má poločas rozpadu, přes 87 let. Cirkulaci chladicí kapaliny zajišťují kapilární síly, takže nespotřebovává výkon. Sondy Pioneer 10 a 11 napájí čtveřice generátorů SNAP-19 (Systems Nuclear Auxilliary Power) s celkovým instalovaným výkonem 155 W v době startu. Při průletu kolem Jupiteru klesl výkon přirozenou degradací na 140 W, přičemž pro napájení družice stačilo 100 W. V roce 2001 dávaly generátory 65 W, což umožňovalo omezený provoz. Generátory jsou umístěné na dvou třímetrových nosnících, svírajících úhel 120o, aby nedocházelo k ovlivňování ostatních přístrojů.
Sonda Pioneer F (Pioneer 10) před montáží pod aerodynamický kryt nosné rakety
Velkou neznámou byl průlet pásmem asteroidů, protože nikdo netušil, kolik těles, jaké velikosti a s jakými rozestupy se mezi oběžnými drahami Marsu a Jupiteru vlastně pohybuje. Vzhledem k relativním rychlostem by pro družici byla fatální srážka i s malým úlomkem. Obavy se nakonec ukázaly jako liché. Sonda vlétla do pásma asteroidů v červenci 1972 a v únoru 1973 ho opustila na druhé straně nepoškozená. Detektory mikrometeoritů zaznamenaly při průletu 55 zásahů objekty s rozměrem desítky mikrometrů. Žádný nebyl větší než 1 mm. Dvakrát se sonda přiblížila ke známým asteroidům. „Přiblížila“ v kosmickém měřítku znamená na vzdálenost „pouhých“ 9 milionů kilometrů.
Přístrojové vybavení sond mělo umožnit studium meziplanetárního prostoru za oběžnou dráhou Marsu, pásmo asteroidů a možná rizika při jeho průletu, studium planety Jupiter a jejího okolí. Celkově bylo pro misi naplánováno přes 150 vědeckých experimentů. Základem bylo snímkování Jupiteru a jeho satelitů ve viditelném, infračerveném a ultrafialovém pásmu, jejich polarimetrie, měření magnetických polí, plasmy a kosmického záření, měření zodiakálního světla a detekci mikrometeoritů.
Celá sonda má hmotnost 260 kilogramů. Charakteristickým znakem je parabolický talíř antény s průměrem 2,74 metru. Na zadní části paraboly je přístrojový úsek tvořený šesti rámečky s rozměry 36 x 76 centimetrů, uspořádanými do šestiúhelníku. V tomto základním rámu jsou upevněny nádrže paliva pro šest manévrovacích motorků s tahem po 4,5 N. Nádrž s hydrazinem má objem 36 litrů.
V přístrojovém úseku je devět z celkem jedenácti vědeckých přístrojů. Úsek je krytý voštinovými panely poskytujícími ochranu před mikrometeority. Panely jsou zevnitř kryté odrazivou fólií z mylaru a izolačními panely z kaptonu, což zajišťuje udržení provozní teploty. Vytápění zajišťují odporové ztráty na elektronice. Teplota je regulována žaluziemi na spodní straně přístrojového úseku.
Na celkový tvar družice měl vliv héliový magnetometr, vynesený na 6,6 metru dlouhém rameni, aby nebyl ovlivněn magnetickým polem těla družice. Detektor mikrometeoritů jsme zmínili. Infračervený radiometr dokázal měřit teplotu povrchu Jupiteru a jeho měsíců. Rastrující fotopolarimetr umožnil snímkování v modrém a červeném spektru. Ultrafialový fotometr pomohl určit množství vodíku a hélia jak ve vesmíru, tak na kosmických tělesech. Detektor asteroidů byla sada čtyř teleskopů, detekující větší částice a objekty. Zbylé přístroje sloužili pro detekci kosmického záření a slunečního větru.
Vzhledem k rozměrům tehdejších počítačů byly veškeré výpočty potřebné pro korekce dráhy družice prováděné na Zemi a odesílané radiem. Družice nesla dvě sady spojovacích prostředků. Hlavní, využívající úzce směrovou anténu s velkým ziskem, a záložní s všesměrovou anténou. Obě soupravy měly výkon po 8 W a pracovaly v pásmu S. Rychlost přenosu dat byla 256 bit/s. Celkový objem paměti družice byl 6144 bytů.
Start nosné rakety Atlas SLV-3C Centarur-D Star-37E se sondou Pioneer F (Pioneer 10)
Velká cesta začíná
Přípravy ke startu sondy Pioneer F (Pioneer 10) probíhaly od prosince 1971 montáží nosné rakety. Start se třikrát odložil kvůli počasí. Nakonec byl Pioneer F vypuštěn 3. března 1972 v 01:49:00 z komplexu 36A. Před zážehem třetího stupně byla sondě udělena rotace 30 ot/min, aby se vyrovnaly případné nerovnoměrnosti tahu motoru. Po rozevření ramen klesly na 4,8 ot/min. Tato rychlost rotace byla udržovaná po celou dobu letu.
Po vyhoření třetího stupně dosáhla sonda rychlosti 51 682 km/h (14,35 km/s) a stala se nejrychlejším objektem vyrobeným lidskou rukou. Sonda prolétla kolem Měsíce a pokračovala do meziplanetárního prostoru. V srpnu zaregistrovala čtyři velké sluneční bouře a věnovala se mapování kosmického počasí.
K setkání s největší planetou naší Sluneční soustavy došlo 6. listopadu 1973. O dva dny později sonda proťala dráhu měsíce Sinope, jež byl v té době nejvzdálenější známou oběžnicí Jupitera (dnes Cyllene). Od 29. listopadu začalo snímkování Jupiterova povrchu. 2. prosince byly pořízeny nejkvalitnější snímky, přenášené v reálném čase na Zemi. Pioneer 10 za ně později dostal cenu Emmy. Celkem bylo přeneseno přes 500 snímků.
Kromě toho pořídil Pioneer 10 snímky měsíců Callisto, Ganymedes a Europa. U měsíce Io objevila sonda chvost vodíku podobný kometám. Během průletu kolem Jupiteru se objevily problémy s fungováním přístrojů vlivem silné radiace planety. Kvůli ní byla ztracena část snímků měsíce Io. Naštěstí po odletu se situace stabilizovala. Pioneer 10 opustil magnetosféru Jupiteru 2. ledna 1974 a jeho pobyt v blízkosti obří planety tím oficiálně skončil.
Malba průletu sondy Pioneer 10 kolem Jupiteru
Průlet kolem Jupiteru změnil dráhu sondy. Princip gravitačního praku jí udělil rychlost 132 000 km/h (36,7 km/s). V roce 1976 sonda minula oběžnou dráhu Saturnu, v roce 1979 oběžnou dráhu Uranu, v roce 1983 dráhu Neptunu a stala se prvním lidským objektem, který opustil Sluneční soustavu.
Oficiálně byla mise Pioneeru 10 ukončena 31. března 1997, když se sonda nacházela ve vzdálenosti 67 AU (astronomických jednotek). Nicméně sonda stále vysílala data, pro jejichž příjem NASA s vypětím sil udržovala v chodu obstarožní počítač na děrné štítky. Poslední slabý signál byl zachycen 23. ledna 2003 ze vzdálenosti 80 AU. Další pokusy o spojení byly neúspěšné. Předpokládá se, že výkon RITEG již nestačí na napájení přístrojů.
Poselství jiným světům
„Mrtvá sonda“ pokračuje v letu s plaketou nesoucí poselství mimozemským civilizacím. Autorem nápadu s poselstvím byl astronom Carl Sagan, který přesvědčil šéfa projektu Pioneer 10 Charlese Halla a ten myšlenku prosadil u vedení NASA. S přípravou „vzkazu“ pomáhal radioastronom Frank Drake, autor Drakeovy rovnice, určující počet mimozemských civilizací schopných komunikace. Postavy nakreslila Linda Saganová, manželka autora nápadu.
Celé poselství má dvě roviny. Obrazovou a matematickou. Autoři vycházeli z toho, že adresát bude znát binární kód (dvojkovou soustavu), která je z matematického hlediska nejjednodušší. Bude znát pulsary, což jsou rychle rotující neutronové hvězdy, které ve velmi přesných intervalech vysílají charakteristické signály, a bude znát frekvenci, respektive vlnovou délku záření molekuly vodíku, což je 21 centimetrů. Molekula vodíku je v levém horním rohu.
Plaketa umístěná na sondě Pioneer 10
Zmíněných 21 centimetrů slouží jako univerzální měřítko. Navíc je to ideální komunikační frekvence, protože při délkách pod 18 cm roste pohlcování radiových vln vodními parami a nad 21 cm roste přirozený radiový šum.
Na pozlacené hliníkové plaketě o velikosti 6 krát 9 palců (15,2 krát 22,9 centimetrů) je vlevo vyznačena poloha naší sluneční soustavy v Galaxii pomocí 14 pulzarů. Ve spodní části je zobrazeno Slunce a jeho planetární systém. V binárním kódu je vyznačeno, že planety obíhají centrální hvězdu v různých vzdálenostech. Schematicky je naznačeno, že sonda byla vypuštěna z třetí planety.
Vpravo je postava muže a ženy. Původně se měli držet za ruce, ale potom si tvůrci vzkazu uvědomili, že by dvojice mohla být vnímána jako jedna bytost. Muž má zdviženou pravou ruku na pozdrav. Navíc ukazuje, že máme postavený palec proti ostatním prstům. Za oběma postavami je schematický náčrt sondy, umožňující porovnání velikosti postav vůči sondě. Kromě toho je vedle postavy ženy osmička zapsaná v binárním kódu. Výšku ženy je tedy možné určit i vynásobením 8*21 cm=168 cm. Všechny údaje jsou vyleptané do hloubky 0,4 milimetru.
Sonda Pioneer 10 se nyní pohybuje ve vzdálenosti necelých 130 AU a pokračuje mezihvězdným prostorem ke svému dalšímu cíli, kterým je hvězda Ross 248, vzdálená 3,27 světelného roku. Vzhledem ke své nicotné rychlosti 12,2 km/s dorazí na místo určení v roce 32 608. Dále by měla pokračovat k hvězdě Aldebaran, vzdálené 68 světelných let, kam dorazí za více než 2 miliony let.
