Mezi tím oznámili Japonci, že dlouho připravovaná sonda Selene se k Měsíci vydá 15. srpna a odstartuje tak historický návrat odborníků k našemu nejbližšímu vesmírnému tělesu. Koncem roku k Měsíci vyšlou první vlaštovku rovněž Číňani, příští rok v dubnu převezmou štafetu Indové a pak Američani... Když k tomu přidáme informace od sond, které už ve sluneční soustavě jsou, máme se na co těšit.
Na rampě SLC-17B kosmodromu Cape Canaveral nyní vrcholí závěrečné přípravy techniků Launch Alliance k vypuštění rakety Boeing Delta 2 Heavy v konfiguraci 7925H-9.5. První stupeň Thor/Delta XLT-C (max. průměr 2,4 m, délka 26 m, první číslice v označení) je vybaven motorem Pratt & Whitney Rocketdyne RS-27A s prodlouženou tryskou o hmotnosti 1150 kg na kapalný kyslík a kerosin, vyvíjející ve vakuu tah 1,08 MN po dobu 280 s. Kolem něho je navěšeno 9 modifikovaných startovních bloků (2. číslice v označení) na pevné pohonné látky (HTPB a chloristan amonný) GEM-46 původně vyvíjených pro Delta III, z nichž šest má při průměru 1,4 m délku 14,7 m a tři s prodlouženou tryskou délku 15,1 m. Šest se zažehuje při startu (spolu s 1. stupněm) a tři zbývající 2 s po jejich dohoření o 79 s později – to bude raketa ve výšce asi 25 km.
Všechny bloky budou odděleny již 160 s po startu a rychlostí 10x vyšší než zvuku popetí raketa ve výšce 73 km. Ve výšce 135 km při rychlosti 6,1 km/s příjde po oddělení prvního stupně ke slovu druhý stupeň Delta K (max. průměr 2,4 m, délka 6 m, 3. číslice v označení). Má vícenásobně restartovatelný motor Aerojet AJ10-118K na skladovatenou hypergolickou (tj. samozápalnou) kombinaci oxidu dusičitého a aerozinu 50 (tj. směsi hydrazinu s asymetrickým dimetylhydrazinem v poměru 1:1), vyvíjející po 431 s tah 44 kN. Téměř 9 minut po startu končí jeho úloha. Třetí stupeň, který sondu doprovodí na meziplantární dráhu je PAM-D (max. průměr 1,2 m, délka 2 m, 4. číslice v označení) s motorem Thiokol Star-48B na pevné pohonné látky (HTPB a chloristan draselný) s tahem 66 kN po dobu 86 s.
Rakety Delta se užívají už pětačtyřicet let, od listopadu 1990 vzlétlo téměř půl stovky variant 7xxx s 98% úspěšností, z nichž od července 2003 (start sondy Messenger) bylo několik verzí „Heavy“. Na dráhu přechodovou ke geostacionární je schopná vynést 2100 kg, na meziplanetární dráhu přes 1200 kg.
Zatímco druhý stupeň nosné rakety zůstane po 21 minutách na „parkovací“ oběžné dráze kolem Země ve výšce 285 km, třetí udělí sondě rychlost 11,43 km/s a 28,5 minuty po startu se od ní ve výšce asi tisíc km oddělí. Tentokrát bude v hlavici rakety nová kosmická sonda Dawn (Úsvit), která má zahájit novou etapu výzkumu malých těles sluneční soustavy. Start je nyní naplánován na 7. 7. 2007 a startovní okno se v 23:09 SELČ otevírá na pouhých 27 minut. V dalších dnech je to podobné, začátky a konce se jen mírně posunují (8. 7. od 23:05, 8. 7. od 22:56, 9. 7. od 22:53:30 atd).
Léta příprav se blíží vyvrcholení
Závěr příprav doprovází stejně nervozní atmosféra, jako celý vývoj. Výprava byla zařazena do programu Discovery (zahájeného před 15 lety pod heslem rychleji, levněji, lépe) koncem roku 2001 jako devátá výprava a hned počátkem roku 2002 začaly vývojové práce. Na projektu se podílela University of California, Jet Propulsion Laboratory NASA, firma Orbital Sciences Corporation, Los Alamos National Laboratory, Max Planck Institute for Solar System Research, Italian Space Agency a Italian National Institute of Astrophysics.
Po dvou letech, v prosinci 2003 byly přerušeny, ale rozhodnutí bylo změněno v únoru 2004 a práce pokračovaly. V říjnu 2005 byly však znovu pozastaveny a 2. března 2006 to už vypadalo, že výprava bude odložena „na neurčito“. Po hlasitých protestech vědecké komunity a tlaku mezinárodních partnerů (zejména Německa a Itálie) bylo rozhodnutí přezkoumáno a opět změněno.
Když již bylo stanoveno datum startu na červen 2006, byl 2. března 2006 celý projekt zrušen poté, co náklady, původně plánované ve výši do 370 milionů dolarů byly překročeny a montáž letového exempláře ještě nebyla dokončena. Nicméně po prudké negativní reakci odborníků a pod tlakem mezinárodních partnerů NASA 27. března oznámila, že pokud budou zvládnuty technické problémy, start se uskuteční o rok později. Technici se činili, poslední zářijové dny 2006 úspěšně dokončili kompletní montáž přístrojů, náklady stouply na téměř 450 milionů a datum startu bylo stanoveno nejprve na 20., poté 30. června 2007 kolem půlnoci našeho času.
Sonda byla do laboratoří Astrotech na Floridě přivezena 10. dubna, poté zkompletována a odzkoušena. 8. června bylo dokončeno plnění nádrže sondy xenonem a 15. 6. i hydrazinem pro korekční motor. Současně byly provedeny dodatečné simulace vzletu a počátečních letových operací.
Při přípravě na zkoušku na rotačním stole (vyvážení jako když kupujete pneumatiku) se technik při neopatrné manipulaci s nářadím dotkl zadní strany panelu fotovoltaických článků a nepatrně ho poškodil. Agenturní zprávy dokonce psaly, že technik na sondu upadl – inu, stát se může ledacos, kdysi takhle upadly jednomu technikovi ze štaflí na sondu Galileo kombinačky – ale vzápětí se ukázalo, že se vlastně nic takového nestalo a přes víkend bylo uvedeno do pořádku.
Problémy však nastaly s poškozeným montážním jeřábem na startovní plošině, používaným k zavěšování pomocných startovních (vzletových) bloků na pevné pohonné látky, kterých má nosič celkem devět. 6. června bylo oznámeno další posunutí startu na současný termín.
Ve druhé dekádě června byla v laboratoři Astrotech sonda připojena k třetímu stupni nosiče a na rampě 17B byl na již instalovaný první stupeň se startovními bloky připojen 2. stupeň; v dalších dnech byla raketa Delta zkompletována.
Iontový i raketový pohon
Pokud se start tento týden zdaří, vydá se sonda Dawn na osmiletou cestu, při níž urazí přes pět miliard kilometrů. Základní rychlost jí samozřejmě musí udělit raketový nosič, ale Dawn nebude při meziplanetárním letu odkázán jen na setrvačný pohyb po Hohmannově dráze. Většinu letu se bude totiž pohybovat po zvolna se rozvíjející spirále a bude urychlována iontovým motorem, který poskytuje zrychlení sice nepatrné, avšak může působit po velmi dlouhou dobu.
Elektrostatický (též iontový) motor je poháněn reaktivní silou nabitých částic – iontů pracovní látky, urychlených elektrostatickým polem. Princip byl navržen již Hermannem Oberthem roku 1929, ale konkrétní technický vývoj mohl začít až koncem 50. let. V 60. letech byl prototyp vyzkoušen při suborbitálním letu (iontové motory mohou fungovat pouze ve vakuu) a roku 1970 na oběžné dráze. Od poloviny 70. let se stále častěji využívá pro stabilizaci zejména geostacionárních družic Země a od přelomu století i jako pohonné jednotky kosmických sond. ´
Různá konstrukční provedení se liší zejména způsobem ionizace pracovní látky. Při její volbě hraje roli snadná ionizovatelnost a maximální hmotnost iontů – lze tedy využít jak kovů (např. cesium), tak některých těžkých inertních plynů, jako třeba argon nebo xenon. Po ionizaci látka postupuje k dvojici blízko sebe umístěných mřížek s vysokým rozdílem napětí (např. 5 kV), na nichž se oddělí volné elektrony od kladných iontů, které se urychlí na rychlost obvykle 20 až 60 km/s, teoreticky i o řád víc. Na závěr jsou do proudu kladně nabitých urychlených iontů neutralizátorem vstřikovány elektrony, aby motor zůstal elektricky neutrální. Jinak by se kosmické těleso nabilo na vysoký záporný potenciál, který by funkci motoru rušil.
Poměrně časté uspořádání motoru vychází z toho, že jak elektrické, tak magnetické pole působí podél jeho osy: nabité ionty xenonu se kolem magnetických siločar pohybují po kružnicích (tzv. Hallův jev, při němž vzniká napětí mezi protilehlými hranami polovodičové destičky, kterou podélně protéká proud a na niž kolmo působí magnetické pole, objevil ho roku 1879 Edwin Herbert Hall) a současně jsou urychlovány ve směru elektrického potenciálu. Výsledkem působení obou polí je výsledný pohyb iontů po šroubovici. Motorů využívajících Hallův jev bylo v Rusku vyrobeno od r. 1972 již téměř 220, letěly na desítkách družic a v posledních 15 letech byly technologie poskytnuta i západním zemím.
Jako pohonná jednotka byl iontový motor poprvé použit na kosmické sondě Deep Space 1, vypuštěné v říjnu 1998 pro ověřování nových technologií. Koncem července 1999 uskutečnila průlet kolem planetky Braille a v září 2001 se přiblížila ke kometě Borelly. Motor XIPS s 10x větším specifickým impulsem než chemický pohon (Isp 3100 s) používal k ionizaci plynného xenonu dutou katodu, z níž se emitovaly elektrony. Ionty Xe+ byly urychlovány napětím 1280 V a emitovány 30 cm tryskou. Oddělený svazek elektronů byl pak za motorem vstřikován do proudu iontů, aby vytvářel neutrální proud plazmatu. Při příkonu 2,3 kW bylo dosaženo tahu 92 mN a výtokové rychlosti iontů 28 km/s. Zásoby xenonu o hmotnosti 81 kg stačily na 670 dní přerušovaného provozu a udělení celkového přírůstku rychlosti 4,5 km/s. Identický záložní iontový motor byl v JPL zkoušen v období od 5. 10. 1998 do 26. 6. 2003, kdy pracoval celkem 30 352 hodin a přitom spotřeboval 235 kg xenonu.
I když se už vyvíjejí nové, silnější varianty, stejné motory jako na Deep Space jsou i na sondě Dawn – dokonce tři, ale z nich bude v provozu vždy jen jeden. Tlakovaná nádrž obsahuje 272 litrů, tj. 425 kg xenonu – tedy zásobu na pět let aktivní činnosti. Sekundová spotřeba je totiž pouze 3,25 miligramů!
Změna rychlosti o 1 km/s při použití obvyklého (tedy chemického) korekčního motoru vyžaduje nejméně 300 kg pohonných látek a trvá přibližně 30 minut. Dawn na podobnou změnu rychlosti bude potřebovat tři měsíce, avšak bude jí stačit méně než 30 kg xenonu. Tahová síla je opravdu nepatrná – přirovnává se k váze jediné čtvrtky papíru – ale za pět let činnosti v meziplanetárním prostoru se rychlost změní až o 11 km/s. To odpovídá rychlosti, kterou při startu ze Země udělí celá mohutná nosná raketa!!
Za den působení motoru s plným tahem se rychlost sondy změní o zhruba 7 m/s. Některé změny rychlosti je však nutno realizovat rychle a proto je Dawn vybaven rovněž 12 klasickými hydrazinovými manévrovacími motorky o tahu po 0,9 N, pro které je na palubě zásoba 46 kg hydrazinu. Trysky motorků jsou rozmístěny po stěnách tělesa a kromě udržování polohy umožní též navedení sondy na oběžné dráhy kolem obou cílových těles.
Plány do roku 2016
Sonda se po navedení do meziplanetárního prostoru bude pohybovat po neuzavřené dráze kolem Slunce a v březnu 2009 proletí kolem Marsu. V říjnu 2011 dorazí k prvnímu cíli, planetce (4) Vesta a na půl roku se stane její umělou družicí. Předpokládá se, že výška nad povrchem se bude operativně měnit – předběžně se uvažuje nejprve o dráze ve výšce asi 2500 km, poté pracovní dráze nejprve 700 km, poté snížené na 120 km. Není vyloučeno, že se uskuteční pokus o přiblížení na ještě menší vzdálenost – 15 až 75 km.
V dubnu 2012 opustí Dawn planetku Vestu a vydá se k druhému cíli, jímž je trpasličí planeta (1) Ceres. Dorazí k ní v únoru 2015 a scénář se bude opakovat: počáteční oběžná dráha umožní globální průzkum, později se výška sníží na cca 140 km a je možné, že se sonda přiblíží pod 50 km. Výzkum je plánován nejméně do července 2015, ale počítá se s možností prodloužení do roku 2016...
Očekává se, že iontový pohon spotřebuje na přelet od Země k planetce Vesta nejméně 290 kg xenonu a dalších zhruba 110 kg na přesun k druhému cíli.
Sonda Dawn má startovní hmotnost 1218 kg. Základní těleso má tvar hranolu z hliníkové slitiny, k jehož protilehlým stěnám jsou připevněny panely slunečních baterií o rozpětí 19,7 m s celkem 11480 fotovoltaickými články. Maximální celkový příkon je 10 kW, z čehož podstatná část je určena pro iontový pohon. K tělesu je ve stejné rovině jako panely pevně připojena parabolická anténa o průměru 1,5 m s vysokým ziskem, vějířovitá anténa se středním ziskem a všesměrové antény. Z horní stěny vystupuje tyč magnetometru o délce 5 m. Na stejné stěně je instalována přístrojová plošina a rentgenový spektrometr.
Jak je v poslední době dobrým zvykem, také sonda Dawn nese „vzkaz ze Země“. Na kryt iontového motoru byl 17.5.2007 instalován mikročip o velikosti americké pěticentové mince, obsahující více než 360 tisíc jmen, které fandové kosmických letů zaslali v době od září 2005 do 4. listopadu 2006.
| Vědecké vybavení tvoří následující zařízení: |
pro snímkování povrchových útvarů na planetce i trpasličí planetě s cílem vytvořit topografické i geologické mapy – z toho důvodu budou záběry pořizovány v osmi vlnových pásmech mezi 390 a 1060 nm s rozlišením asi 9 m z výšky 100 km. Každá ze dvou identických kamer se světelností f1/8 má na objektivu s ohniskovou délkou 150 mm stínítko, odstraňující rušivé reflexy od konstrukčních prvků sondy. Obraz se zorným polem 5.5x5.5° se registruje na matrici CCD o rozměrech 1024x1024 obrazových bodů (pixelů). Do cesty světelných paprsků je vložen karusel s barevnými filtry, propouštějícími střední vlnové délky 430, 540, 650, 750, 830, 920 a 980 nm; osmý je sklo, propouštějící světlo o vlnové délce 450 až 950 nm. Citlivost zařízení umožňuje dosáhnout poměru odstupu signálu/šum asi 100 při expozičních dobách 100 ms až 1 s. Doba čtení jednoho snímku 1024x1024 je 1,6 s, minimální expoziční doba 1 ms. Každá kamera má vlastní elektronickou jednotku, která zpracovává a komprimuje snímky před odesláním k Zemi. Systém má hmotnost 10 kg a spotřebu 24 W; vyvinut a postaven byl v Ústavu Maxe Plancka pro výzkum sluneční soustavy z Německa.
kombinovaný s vizuálním a infračerveným spektrometrem. Zařízení je modifikací dvoukanálového zobrazujícího infračerveného spektrometru na sondě Rosetta. Pracuje rovněž ve dvou kanálech - viditelném a infračerveném, oba mají společnou optiku a mřížku. Průměr objektivu je 47 mm, f=5,6 pro viditelnou a f=3,2 pro infračervenou oblast. Vizuální kanál používá desku CCD o rozměru 1024x1024 bodů, která zaznamenává záření o vlnových délkách mezi 250 a 1000 nm. Pro infračervený kanál slouží detekční deska HgCdTe, obsahující 270x435 fotodiod. Pracuje ve vlnovém pásmu 950 až 5050 nm s filtry pro pásma 900-1600, 1200-1900, 1900-2500, 2400-3750, 3600-4400 a 4300-5000 nm. Pro omezení tepelného záření pozadí se spektrometr chladí pod 135K, vlastní detektor na pracovní teplotu 70 K. Cílem je získat údaje pro stanovení mineralogického složení povrchu těles, fyzikálních vlastností a původu částic povrchu a identifikaci minerálů obsahujících vodu, sledování povrchového ledu či jinovatky a případné řídké atmosféry. Hmotnost vlastního zařízení je 9,3 kg, mechanické a teplotní konstrukce 5 kg; spotřeba 17,6 W. Dodala Italská kosmická agentura.
je fixován na stěně sondy, která bude orientovaná ke zkoumaným vesmírným tělesům. Nahoře je instalován detektor gama záření – matice 4x4 čidel o rozměrech 10x10x7,5 mm z materiálu, obsahujícího kadmium, zinek a tellur. Pod ním je detektor neutronů, sestávající z desky 76x76x50,8 mm z materiálu obsahujícího vismut a germanium a připojený na trubici fotonásobiče o průměru 76 mm. Obě čidla jsou z pěti stran odstíněna 25 mm silnou vrstvou plastu, obsahujícího bór. Systém je určen ke studiu hlavních prvků (O, Si, Fe, Ti, Mg, Al, Ca) a stopových prvků (U, Th, K, H, Gd, Sm) v povrchovém materiálu. Kromě analýz geologického složení je schopen detekovat vodík a tím i přítomnost vody a jeho množství v kůře objektů. Hmotnost zařízení je 10,5 kg, potřebuje 9 W a dodala ho Los Alamos National Laboratory.
indukčního typu, namontovaný na pětimetrové tyči. Sestává ze dvou čidel: jedno čidlo se nachází na jejím konci, druhé (v jedné třetině délky) měří magnetické pole vyvozené systémy sondy. Je určen k měření nízkoúrovňových magnetických polí v okolí asteroidů a vzájemných účinků magnetického pole a slunečního větru. Hlavním cílem experimentu je zjištění, zda zkoumaná tělesa mají přírodní zbytkový magnetismus a jaká je elektrická vodivost jejich nitra. Magnetometr měří pole v rozsahu –1000 až +1000 nT při 20 Hz s rozlišením 0.015 nT. Hmotnost celého zařízení experimentu představuje 3.05 kg, z toho elektronická jednotka s napájením, příslušnými elektrickými obvody a digitální povelovou a řídící částí 2,35 kg a kabeláž 0,7 kg. Elektrický příkon 3 W. Kromě uvedených přístrojů je využíván stávající telekomunikační systém k provádění rádiových experimentů.
Telekomunikační systém sondy bude, jako obvykle, využit rovněž pro rádiové experimenty. Data se získají sledováním signálu z vysílače pracujícího se 100 W zesilovačem s postupnou vlnou a emitovaného anténou o průměru 1.5 m. Experiment sleduje dopplerovský posun frekvence signálu, který je závislý na vzájemné rychlosti mezi Zemí a sondou. Na základě přesného sledování oběžné dráhy kolem cílových těles se studuje jejich gravitační pole, z toho lze stanovit hmotnost tělesa a další dynamické vlastnosti a odvozeně hustota tělesa a variace v hustotě kůry a pláště, případné kývání rotujícího tělesa a odhadnout velikost eventuálního železného jádra. Cílem je stanovit hustotu s přesností lepší než 1%, což je předpokladem pro získání celkové představy o vnitřní struktuře tělesa. Dosavadní výsledky studia obou cílových těles – Vesty a Ceres – si zaslouží samostatný článek. |
 O autorovi:
Ing. Marcel GrünNarodil se 20. listopadu 1946 v Chebu. Vystudoval fakultu strojní ČVUT a pokračoval pedagogikou. Věnuje se zejm. výuce a popularizaci astronomie, kosmonautiky a kosmického výzkumu. Na svém kontě má několik knih a byl oceněn i jako popularizátor vědy; od r. 1999 nese jeho jméno planetka č. 10443. Desítky let působil v různých funkcích v České astronomické společnosti, nyní je mj. členem Rady pro kosmické aktivity při MŠMT, předsedou Sdružení hvězdáren a planetárií a předsedou dozorčí rady České kosmické kanceláře, u jejíhož zrodu stál. |
