Americký satelit totiž přestal fungovat hned na začátku − více zde. Poněkud hysteroidní psychózu západních sdělovacích prostředků se u nás podařilo udržet na uzdě, dokud nebyly známy podstatné oficiální informace. Od minulého týdne je máme.
Grafiku zvětšíte kliknutím
Téměř detektivní úvod
Když byly zveřejněny první zprávy o padající družici, nevěděl téměř nikdo, o jakou vlastně jde. Brzy však odborníci zjistili, že ze dvou desítek satelitů musí jít o špionážní (citlivěji zpravodajskou) družici USA 193, kterou vynesla 14. prosince 2006 raketa Delta 2. Protože její nosnost je známá, můžeme konstatovat, že družice musí být zhruba třikrát lehčí, než uváděly první agenturní zprávy; tedy nejvýše kolem 3 000 kg. USA 193 byla 21. startem pro zpravodajskou službu National Reconnaissance Office, proto nese rovněž označení NROL-21.
Dráhy vojenských utajovaných družic oficiálně neznáme; nicméně řada amatérů tyto satelity sleduje, a tak známe i parametry dráhy USA 193. Amatérům se rovněž podařilo zjistit, že tahle družice přestala vysílat druhý den po startu. Spekulace uváděly, že došlo k problémům řídícího počítače, a amatérské snímky moderní technikou (kvalitou konkurující vojenským kamerám) ukázaly, že se nerozevřely panely slunečních baterií, které se u tohoto typu družic předpokládají. Lze z nich odhadnout i velikost tělesa: má přibližně válcový tvar o délce asi 5 m a průměru 2,5 m. Protože od prosince 2006 nevykazuje družice žádnou aktivitu, bylo jisté, že družice je nefunkční a zcela neovladatelná.
Pozorovatelům je tedy jasné už rok, že k zániku nevyhnutelně musí dojít. Teprve nyní se toho ovšem chytili novináři a poplašné spekulace byly na světě. Dramaticky laděné výrazy ("řítí se k Zemi“, "pád družice") evokují dojem nečekané, rychle se blížící katastrofy.
Neúprosné zákony
Zkusme se nad celým problémem zamyslet s chladnou hlavou. Aby se vůbec mohlo těleso stát družicí Země, musí se při jeho pohybu vyrovnat gravitační působení Země s odstředivou silou, tedy musí se v určité vzdálenosti pohybovat nejméně tzv. kruhovou rychlostí. Ve vzdálenosti Měsíce je to zhruba 1 km/s, na úrovni povrchu Země 7,9 km/s; ve výšce kolem 300 km je to téměř 28 tisíc km za hodinu. Z tohoto hlediska se družice USA 193 skutečně řítí, ovšem ne přímo k Zemi, nýbrž prostorem kolem Země.
Stav tohoto prostoru tedy rozhodujícím způsobem ovlivňuje další osud družice. I když o výškách kolem 100 km hovoříme jako o horní hranici atmosféry, nad níž začíná blízký kosmický prostor.
Na rozhraní atmosféry a kosmického prostoru je hustota atmosféry ještě tak velká, že klade pohybu rychlých objektů příliš velký odpor. Má-li družice setrvat v kosmickém prostoru alespoň několik dní, musí se pohybovat ve výšce nejméně kolem 200 km. Účinky řídké atmosféry se uplatňují i nad tisíc kilometrů a dál, byť je tam prakticky vakuum, kterému mohou pozemské vývěvy závidět.
Třením o částice atmosféry se všechna tělesa postupně přibrzďují, a tím se jejich geocentrická výška snižuje, na nižší dráze mají větší rychlost a působí na ně hustší atmosféra – tření je větší a následuje rychlejší brzdění, které způsobuje opět o něco rychlejší pokles... atd. Na kruhové dráze těleso ztrácí rychlost rovnoměrně po celém oběhu a dráha se tedy spirálovitě snižuje.
Síla, která působí proti pohybu družice, je přímo úměrná hustotě atmosféry v okolí, čelní ploše družice a čtverci (tj. dvojmoci) rychlosti pohybu. Zpomalování, které způsobuje, je pak nepřímo úměrné hmotnosti tělesa. Názorněji řečeno: na stejné dráze vydrží mnohem déle těleso s velkou hmotností než těleso stejné velikosti, ale lehčí. Čím je družice větší, tím má větší čelní plochu, kterou nastavuje částicím řídké atmosféry, a tím více je přibrzďována, takže výsledkem je kratší životnost.
Družicová měření ukázala, že stav atmosféry je všestranně velmi citlivý na tok energie ze Slunce a variace jsou závislé zejména na období tzv. jedenáctileté periody sluneční aktivity. Hustota atmosféry se tak mění až o několik řádů, přičemž atmosféra je v době slunečního maxima rozsáhlejší (jako by se "nafukovala“) a ve stejné výšce výrazně hustší. Dlouhodobý pokles hustoty horní atmosféry působí prodloužení životnosti družic a naopak.
Na spirále smrti
Družice USA 193 se tedy pohybuje od samého počátku po spirále své smrti. Jestliže se loni v lednu ještě nacházela ve výšce 352−363 km, letos 30. ledna to bylo už 268−278 km a 11. února jen 255 až 267 km, přičemž denní pokles byl průměrně o 0,75 km. Ovšem jestliže dojde i jen k dočasnému zvýšení sluneční aktivity, jako právě kolem 11. února, během krátké doby na to reaguje zemská atmosféra zvýšením hustoty: družice USA-193 začala klesat rychlostí 1,2 km/den.
Klesání bude nyní stále větší až do výšek kolem 130 km, kde už bude hustota atmosféry tak velká, že klade pohybu rychle letícího tělesa příliš velký odpor. Ten způsobuje tření, kterým se plášť družice rozžhaví a družice začne hořet. Hořící trosky budou padat k povrchu Země…
Kdy? Původní predikce hovořily shodně o druhé polovině března, od 18. 3. do 29. 3. Poté, co se zvýšila hustota atmosféry, nastane poslední fáze letu určitě dřív – pokud se sluneční aktivita nezmění, možná už kolem 8. března, v opačném případě o pár dní později. Aktuální stav: družice je ve výšce 249 až 260 km, klesá denně o 1,4 km a nejistota doby zániku zůstává pořád ještě několik dní.
Kam? Předpovědět místo zániku je ještě obtížnější. Zatím to ještě nikdo nemůže ani odhadnout a platí, že to může být kdekoliv v rozmezí 60. rovnoběžky na sever a na jih od rovníku. Z charakteru zemského povrchu vyplývá, že s pravděpodobností 71 % se zánik uskuteční nad mořem. Teprve s předstihem pár hodin před tím, než se tak stane, můžeme čas zániku určit s asi půlhodinovou přesností, což znamená odhadnout s "přesností“ 10 tisíc kilometrů…
Co? Jaká je pravděpodobnost, že celá družice neshoří úplně, ale něco z ní dopadne až na Zemi? V podstatě lze hovořit o jistotě. Dosavadní zkušenosti ukazují, že je to 10 až 40 % původní hmotnosti. Záleží na použitých materiálech – kupříkladu titanové nádrže pohonných látek mohou dopadnout prakticky celé, i když deformované. Máme zdokumentovány desítky takových objektů.
Zleva: Nádrž 2. stupně rakety Delta (250 kg). Nádrž rakety dopadla v JAR. Titanová nádrž vydržela pád Columbie
Hmotnost družice USA 193 je, jak nyní víme oficiálně, kolem 2 300 kg. Z toho možná až tunu tvoří zásoby kapalných pohonných látek pro korekce dráhy – především hydrazin, který je toxický a proto jej novináři uvádějí od počátku jako významný důvod k obavám.
Opět zkušenost: nejméně jednou nebo i dvakrát měsíčně v hustých vrstvách atmosféry čeká podobný osud některý z posledních stupňů nosných raket se zbytkem stejných pohonných látek. Nicméně oficiální místa uvedla uprostřed minulého týdne, že ze zmrzlé tuny hydrazinu může až polovina dopadnout v kompaktním stavu a že nádrž z titanových slitin má na této družici průměr asi jeden metr.
Malý kus družice po dopadu
Veřejnost je také náchylná uvěřit snadno tomu, že nebezpečný může být i malý jaderný reaktor, pokud by byl na palubě družice. Avšak žádná radioaktivita nehrozí, protože nyní i oficiální místa přítomnost jaderného reaktoru dementovala. Tedy pokud jim lze v této věci důvěřovat.
Takže určité nebezpečí skutečně hrozí − někam se zřejmě zřítí více než tuna šrotu. I když znovu: je velmi málo pravděpodobné, že zbytky družice USA 193 dopadnou právě na New York, Tokio, Paříž nebo třeba Prahu. Ročně takto nekontrolovatelně "spadne“ k Zemi průměrně 60 až 70 vysloužilých družic, nejméně jedna z nich má rozměry podobné této družici a nikdo o tom nehovoří.
Amerika v akci: střelba na družici!
Jenže tentokrát je to americký špionážní satelit nejnovější generace. Málo pravděpodobné není nemožné. Jakékoliv ohrožení lidí, zejména mimo území Spojených států, může mít vážné následky pro americkou diplomacii. A ve hře je také prestiž: "copak ani Američani s tím nedokážou něco udělat?“
Kromě toho nelze vyloučit, že na palubě je opravdu technika, u níž by Američani neradi, aby si její zbytky někdo cizí s velkým zájmem prohlížel. Snad právě proto – a nebo ze všech těchto a podobných důvodů dohromady – se Spojené státy rozhodly jednat: v závěrečné fázi letu bude družice "sestřelena“!
Víme to od 14. února, kdy plány schválil prezident Bush, ale v té chvíli asi dvě stovky odborníků už akci připravovaly nejméně tři týdny. Mimochodem, zhruba od té doby, kdy o pádu satelitu začali spekulovat novináři. Intenzivně se modifikovaly systémy, především v oblasti softwaru řízení a navádění, a počínaje 20. únorem (tedy až poté, co se má vrátit raketoplán Atlantis) bude na neobvyklý cíl vystřelena modifikovaná protiraketová střela SM-3.
Poslední zprávy uvádějí, že k prvnímu pokusu v Pacifiku možná dojde hned 21. února, příp. v pátek vždy od 3:30 do 6:00 našeho času. Pravděpodobně je vždy po jedné raketě na křižníku USS Lake Erie, torpédoborci USS Decatur a torpédoborci USS Russell.
Raketa SM-3 startuje z USS Lake Erie a USS_Shiloh
Startovní okno potrvá nejméně týden a přiznejme si, že čím níže se v okamžiku startu rakety bude družice nacházet, tím lépe. Jsou k tomu přinejmenším dva pádné důvody. Jednak raketa není určena k ničení družic na oběžné dráze, jednak je vhodné minimalizovat riziko, že prostor kolem Země se na desítky let zamoří malými "šrapnely“, nebezpečnými pro jiné družice a kosmické lodi.
Rozbití až v poslední fázi letu povede v optimálním případě k zániku většiny vzniklých úlomků během následujících několika obletů kolem Země; ostatní mají zaniknout během pár týdnů.
Samozřejmě, že americké rozhodnutí má i své odpůrce – ke znečištění prostoru kolem Země přes všechna opatření dojde a povrch Země bude místo několika většími kusy zasažen mnoha malými částicemi na velkém území (příhodné přirovnání: rozdíl podobný jako při střelbě kulkou a broky). Nicméně při volbě mezi dvěma zly tento krok směřuje k menšímu riziku pro nás, pozemšťany.
Umíme ještě sestřelovat družice?
Vývoj systémů sestřelování družic raketami byl v USA a tehdejším Sovětském svazu aktuální především koncem 70. a počátkem 80. let a americké letectvo ho dovedlo až k demonstrativnímu zničení americké družice Solwind pro studium Slunce, tehdy pátým rokem "přesluhující“ (do historie vědy se zapsala prvním pozorováním koronálních výronů hmoty). 13. září 1986 startovala ze stíhačky F-15 Eagle dvoustupňová protidružicová raketa ASM-135A ASAT, jejíž hlavice bez nálože zasáhla družici nad Tichým oceánem a kinetickou energií nárazu při vzájemné rychlosti asi 7 km/s ji zničila. Poslední ze 300 fragmentů zanikl až v květnu 2004. Pokus byl úspěšný, ale k zavedení těchto raket do výzbroje nedošlo.
Start proti družici Solwind
Nicméně americké vojenské námořnictvo postupně zdokonalilo své protiletadlové raketové systémy tak, aby byly schopné efektivně sestřelovat i nepřátelské balistické rakety středního doletu. V operačním nasazení je nyní elektronický naváděcí informační systém AEGIS (Advance Electronic Guidance Information System) protivzdušné obrany, instalovaný výlučně na křižnících a torpédoborcích. Speciální software umožňuje radaru detekovat a dále sledovat přilétající rakety na pasivním úseku dráhy. Je vybaven staršími řízenými střelami Standard SM-2ER Block IV A (RIM–156B) a v poslední době také antiraketou SM-3, jejíž verze RIM–161B byla loni ještě ve vývoji.
Pohled na cíl při zkoušce rakety SM-3
Právě tato střela vyrazí za několik dní proti družici USA 193.
Výjimečný úkol pro standardní střelu
Raketa SM-3 (Standard Missile) firmy Raytheon má celkovou délku asi 6,5 m, průměr 0,35 m a dolet asi 500 km. Má čtyři stupně s pohonnými jednotkami výhradně na tuhé pohonné látky. První dva jí udělují maximální zrychlení tak, aby ji co nejrychleji dopravily nad atmosféru, třetí stupeň ji pak nad atmosférou dále dvojnásobně urychlí až na 2,7 km/s. K řízení se mj. využívá družicový navigační systém GPS, což výrazně zvyšuje pravděpodobnost úspěšného zásahu cíle.
Raketa SM-3
Čtvrtým stupněm je bojová hlavice LEAP-KW (Lightweight Exo-Atmospheric Projectil – Kinetic Warhead) o hmotnosti 5 až 9 kg, která v blízkosti bodu střetu s nepřátelskou raketou využívá pro zajištění kontaktního zásahu infračervené senzory. Cíl je ničen přímým nárazem (tzv. metoda „hit-to-kill“), tak jako tomu bylo u amerického testu roku 1986 nebo čínského pokusu loni v lednu. Při srážce uvolněná kinetická energie odpovídá střetu s tirákem, pohybujícím se rychlostí tisíc kilometrů za hodinu…
Kontaktní hlavice SM-3
Při dosavadních zkouškách měly rakety SM-3 asi 85% spolehlivost, avšak loňské testy dopadly perfektně. Problémem by mohl být dostup – standardně jen 160 km, ale po úpravě na úkor doletu bude snad možné vylétnout až do výšky kolem 240 km… Modifikace naváděcího systému byla provedena na třech nespecifikovaných křižnících: v kuloárech se nejprve hovořilo o Curtis Wilbur, Fitzerald a Shiloh, avšak nyní je uváděn křižník USS Lake Erie (CG-70) třídy Ticonderoga, operující v severní části Tichého oceánu. K zásahu jsou připravovány celkem tři rakety SM-3 pro případ, že by se zásah napoprvé nezdařil, což samozřejmě nelze vyloučit.
Hlavní úpravou v jejich softwaru je změna profilu letu střely kvůli odlišné dráze družice. Pokud se ovšem zásah nepodaří až do poklesu výšky dráhy družice pod cca 130 km, nezbude než ponechat vše přírodě podle scénáře, který už neovlivníme.
Jak je zřejmé, mezi důvody sestřelení, které jsme již uvedli, můžeme směle zařadit i mimořádnou příležitost k technické zkoušce, zda lze raketu SM-3 pro podobné účely použít. Stojí to za to úsilí a pár desítek milionů dolarů… V každém případě budou příští dny na rozhraní atmosféry a kosmického prostoru zajímavé.
Tabulka přeletů USA-193 nad Českem pro dráhu 247 až 259 km
| Datum | jasnost (Mag) | počátek | výška | azimut | kulminace | výška | azimut | konec | výška | azimut |
| 19.2 | 2.8 | 18:17:21 | 10 | J | 18:19:10 | 10 | JV | 18:19:45 | 19 | VJV |
| 20.2 | 2.2 | 18:09:40 | 10 | JJZ | 18:11:43 | 32 | SV | 18:13:07 | 16 | VZV |
| 20.2 | 5.3 | 19:42:32 | 10 | Z | 19:42:41 | 11 | ZSZ | 19:42:41 | 11 | ZSZ |
| 21.2 | 1.6 | 18:01:41 | 10 | JZ | 18:03:52 | 51 | JV | 18:05:58 | 11 | VSV |
| 21.2 | 4.9 | 19:34:58 | 10 | ZSZ | 19:35:30 | 13 | ZSZ | 19:35:30 | 13 | ZSZ |
| 22.2 | 1.2 | 17:53:23 | 10 | JZ | 17:55:36 | 81 | SE | 17:57:51 | 10 | SV |
| 22.2 | 4.5 | 19:27:02 | 10 | ZSZ | 19:27:49 | 13 | SZ | 19:27:49 | 13 | SZ |
| 23.2 | 1.6 | 17:44:44 | 10 | ZJZ | 17:46:56 | 66 | SZ | 17:49:10 | 10 | SV |
| 23.2 | 4.4 | 19:18:42 | 10 | SZ | 19:19:39 | 12 | SSZ | 19:19:39 | 12 | SSZ |
| 24.2 | 4.4 | 19:10:01 | 10 | SZ | 19:10:47 | 11 | SSZ | 19:11:00 | 11 | S |
| 25.2 | 4.5 | 19:01:03 | 10 | SSZ | 19:01:21 | 10 | SSZ | 19:01:38 | 10 | S |
 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. 10 443. 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. |
