„PRAGUE CONTROL, NASA 747 HEAVY, FLIGHT LEVEL 420, HEADING 183“, oznámila svůj vstup do českého vzdušného prostoru posádka létající astronomické observatoře SOFIA.
Společný projekt americké NASA a německé DLR se ve třetím zářijovém týdnu přenesl z USA nad Evropský kontinent, aby nad ním poprvé ve své historii vykonal pozorovací let.
Devatenáctého září 2019 v noci se tak na českém nebi objevil neobyčejný letoun s volacím znakem NASA 747. Během přeletu nad Českou republikou byl teleskop na palubě letounu nasměrovaný k pozorování vlákna L1495 v souhvězdí Býka. Vlákna (galaktická vlákna, či jinak filamenty) představují největší známé struktury ve vesmíru. Jsou to vláknité formace s typickou délkou 50 až 80 megaparseků (jeden parsek odpovídá asi třem světelným rokům), které tvoří hranice mezi velkými prázdnotami. Filamenty se skládají z gravitačně svázaných galaxií.
SOFIA nad Evropou 16.–19. září 2019
Let NASA-747 zachycený nad Českou republikou v noci 19. září 2019
Důvodem návštěvy nevšedního stroje byla konference „Mise do Vesmíru, ze Země k planetám, hvězdám a galaxiím“ pořádaná Německou astronomickou společností, organizovaná DLR spolu s Univerzitou ve Stuttgartu, které se zúčastnilo na 250 vědců a odborníků z celého světa. Význam konference byl podpořen právě příletem B-747 SOFIA, který je společným projektem NASA a Německé kosmické agentury DLR (Deutches Zentrum für Luft und Raumfahrt e. V.).
SOFIA přistála na stuttgartském letišti v pondělí 16 září. Historicky první vědecká mise letounu proběhla ze středy na čtvrtek 19. září a vedla přes dvanáct evropských států včetně ČR.
Letovou misi vždy tvoří 25 lidí. Kromě čtyř členů letové posádky, kapitána, prvního důstojníka, palubního inženýra a navigátora, je to dalších 21 členů vědeckého týmu.
Jedním z důvodů evropského letu bylo využití zeměpisné polohy co nejdále na sever, kde je v atmosféře díky suchému vzduchu nad pólem mnohem méně vodních par. Tyto faktory totiž vytváří výrazně lepší podmínky pro infračervené pozorování. V roce 2017 uskutečnila SOFIA na sto experimentálních letů, většinu z nich z letiště Palmdale (nedaleko Los Angeles), při žádném z nich se však tak daleko na sever nikdy nedostala.
Do plánu nikdo nesmí zasahovat
Program letu astronomické laboratoře SOFIA bylo nutné detailně koordinovat se všemi zúčastněnými evropskými poskytovateli letových provozních služeb. Podrobnosti si proto jednotlivé strany vyměňovaly už od 26. června 2019.
Výchozím letištěm pro misi byl Stuttgart. Doba trvání mise byla stanovena na deset hodin, čas odletu 17:40 UTC, přistání v 03:20 UTC (ze středy 18. na čtvrtek 19. 9., 19:40 až 5:20 našeho času).
Letoun se musel pohybovat v rozmezí letových hladin 370 až 450 s tím, že maximální výška měla být dosažena až na posledních úsecích letu, s ohledem na úbytek spotřebovaného paliva.
Let probíhal za účelem astronomických pozorování, za použití kamery HAWC+ (High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus) a kryogenního infračerveného fotonového detektoru. Veškeré okolnosti plánování letu byly posouzeny s ohledem na rotaci Země, výšku oblačnosti a aktuálně pak na směr a sílu větru v dané výšce. Poslední dva faktory kladly zvláštní požadavky na kooperaci vědeckého letu s řízením letového provozu, které nemělo do jeho průběhu vůbec zasahovat.
Plánovaný odlet musí být proveden na čas a přesně podle podaného letového plánu (s ohledem na uvedené koordináty). Vítr mohl trasu letu posunutou stranou (takzvaný „off set“) až o dvacet mil vpravo či vlevo. Při výrazné změně počasí se počítalo i se zásadnější změnou tratě, ta by ale musel nastat nejpozději 36 hodin před startem, což se nestalo a let proběhl přesně podle plánu.
40 minut na Neptun
Vědecký let NASA747 byl definován celkem deseti úseky, vymezenými přesným načasováním, spolu s dalšími rigidními podmínkami letu:
- Spuštění motorů, pojíždění na dráhu v 1740 UTC, vzlet v 1753 UTC
- Počáteční stoupání a odlet na trať, na které bude zajištěno plynulé stoupání do FL 370 / 1753 až 1810 UTC.
- Zahájení plynulého stoupání do první experimentální hladiny FL 370 / 1810 až 1841 UTC.
- První pozorování – Hvězdokupy v mlhovině Serpens South v souhvězdí Hada / 1841 až 2020 UTC, FL 390.
- Druhé pozorování – Spirální galaxie NGC 4332 v souhvězdí Draka / 2020 až 2108 UTC, FL 390.
- Třetí pozorování – Markarjanova galaxie 231 v souhvězdí Velké medvědice / 2108 až 2245 UTC, FL 410.
- Čtvrté pozorování – Galaktické vlákno, filament, L1495 v souhvězdí Býka / 2245 až 0049 UTC, FL 430.
- Páté pozorování – planeta Neptun / 0049 až 0145 UTC, FL 430.
- Šesté pozorování – Galaxie NGC 7250 v souhvězdí Ještěrky / 0145 až 0244 UTC, FL 450.
- Zahájení klesání, přiblížení a přistání zpět ve Stuttgartu / 0244 až 0320 UTC.
Nezvykle podrobná prezentace pro řízení letového provozu obsahovala samozřejmě i mapu předpokládaného letu na geografickém pozadí, tabulky se zeměpisnými koordináty vymezující trať, otočné body na trati, požadované letové hladiny, cestovní rychlosti a další dodatečné astronomické údaje, jako je například poloha pozorovaného objektu daná v rovníkové souřadnicové soustavě, v hodnotách RA-Rektascenze a Dec-Deklinace.
Součástí dokumentace byly i pozorovací časy. Například pozorování planety Neptun trvalo 40 minut.
SOFIA svoji noční pouť zahájila nad Francií. První obrat nad městem Ussel ji navedl nad Biskajský záliv a dále do Atlantického oceánu, druhý obrat směrem na severovýchod přišel jihozápadně Irska odkud pokračovala nad Cardiff, Norwich, Kodaň, jižně od Karlskrony, kde následoval třetí obrat na jižní kurz vedoucí přes Baltské moře, Polsko, Českou republiku, Rakousko, Slovinsko, Jaderské moře a Salerno v Itálii.
Severně od Sicílie v Tyrhénském moři přišel čtvrtý obrat směrem na severozápad, nad Turínem pak obrat pátý, na severovýchod a nad Magdeburgem došlo k poslednímu obratu, tentokráte o 180 stupňů směrem na dočasnou domovskou základnu. Na této trati SOFIA plynule klesala z cestovní hladiny na přiblížení a přistání ve Stuttgartu.
Historický let NASA747 nad Českou republikou„PRAGUE CONTROL, NASA 747 HEAVY, FLIGHT LEVEL 420, HEADING 183“, přihlásila se první důstojnice B-747 SP Elizabeth Ruth. Stalo se tak ve 2315 UTC, na frekvenci 132.805 určené pro prostor NT (North Top), v prostoru odpovědnosti ACC Praha. V kokpitu se nacházel kapitán (jako pilot letící měl povinnost mít nad FL 410 po celou dobu nasazenou kyslíkovou masku), dále palubní inženýr a navigátor. „NASA 747 RADAR CONTACT, SQUAWK 1471“ vyzval oblastní řídící letového provozu Tomáš Rajdl posádku, aby na svém odpovídači nastavila nový kód, určený pro identifikaci letu sekundárním radarem. Let NASA 747 přeletěl hranice našeho státu severně od Adršpachu, a na kurzu 183 pokračoval na hranice jihozápadně od Znojma, kde český vzdušný prostor ve 2325 UTC opustil. „COPY, CONTACT VIENNA 133.985, GOOD BYE PRAGUE, NASA 747 HEAVY“, potvrdila odchod z českého nebe Elizabeth Ruth. Tato dáma jako bývalá vojenská pilotka pilotovala v letech 1981 až 1989 letouny T-38 Talon, nadzvukový proudový cvičný letoun, a T-43 (nebo CT-43), vojenskou verzi B-737-300 určenou pro transport, ale i pro výcvik navigátorů. Po odchodu z armády nastoupila ke společnosti United Airlines, kde vystřídala většinu typů dopravních letadel Boeing. Od roku 2016 létá pro NASA v programu SOFIA. SOFIA se v době přeletu českého území nacházela na svém sedmém úseku, kdy na její palubě probíhalo čtvrté pozorování. Z celého letu se jednalo se o nejdelší přímý pozorovací úsek, který začal jižně švédského pobřeží, kdy se N747NA pomalu stočil ze severovýchodního kurzu směrem doprava na kurz 183, a dále pokračoval přes Baltské moře, Polsko, Českou republiku, Rakousko, Slovinsko, Chorvatsko, Jaderské moře, až k dalšímu bodu obratu severně Sicílie.  Mapa s vypočítanou trajektorií letu, včetně otočných bodů |
Zrození létající hvězdy
SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) Stratosférická observatoř pro infračervenou astronomii vzlétla poprvé v roce 2010. Platformou se jí stal krátký Boeing 747 SP-21, Special Performance.
Letoun výrobního čísla 21441 byl vyrobený jako 306. Jumbo v pořadí. Z 1 500 Boeingů 747 bylo vyrobeno pouze 45 krátkých verzí SP. První let na továrním letišti v Seattlu absolvoval 25. dubna 1977 a šestého května jej pod imatrikulací N536PA převzala společnost PANAM. Dva týdny poté byl letoun pojmenován Clipper Lindberg. Slavnostní inaugurace k 50. výročí prvního přímého letu přes Atlantik se zúčastnila Anne Morrow Lindbergová, vdova po letci Charlesu Lindbergovi. Clipper Lindberg létal u PANAM až do února 1986, kdy jej zakoupily United Airlines v jejichž službách strávil devět let jako N145UA. Od roku 1995 byl stroj uskladněn nedaleko Las Vegas.
S logem NASA zahájil B-747 SP-21 svoji kariéru v únoru 1997, kdy byl přelétnut do San Francisca k další nutné údržbě. Formálně přešel pod NASA až v říjnu téhož roku a v listopadu získal certifikát FAA jako Experimental aircraft. V roce 1998 firma Raytheon provedla zásadní úpravu trupu, když v jeho zadní části na levé straně instalovala 5,5 metru vysoké a 4,1 metru široké dveře, které teleskopu na palubě umožní upřít „své oko“ do vesmírné temnoty.
Létající observatoř SOFIA s otevřenými vraty s teleskopem
Teleskop o hmotnosti přes 20 tun byl do letounu zabudován až v lednu 2003. V dubnu 2004 prošel stroj úspěšným testem tlakování kabiny a v prosinci byla dokončena instalace motorů JTD-7 J. Sedmnáctého prosince 2004 obdržela SOFIA předem zamluvenou imatrikulaci N747NA. I když se slavnostní roll out experimentálního stroje uskutečnil prvního dubna 2005, první plnohodnotná motorová zkouška se odehrála až v srpnu 2006.
Prvního vzletu se létající laboratoř dočkala až 26. dubna 2007, po celých deseti letech strávených na zemi.
U příležitosti 80. výročí prvního přímého letu přes Atlantik v květnu 2007 byl stroj znovu slavnostně pokřtěn Clipper Lindbergh, tentokráte za účasti Erika Lindbergha, vnuka Charlese Lindbergha. Další tři roky trvala zástavba všech technických systémů, ověřování jejich způsobilosti, kalibrování přístrojů a komplexní testování. V květnu 2010 pak došlo na první krátký vědecký let, během kterého byla pozorována planeta Jupiter a nepravidelná galaxie Messier 82 v souhvězdí Velké medvědice. V roce 2013 stroj poprvé navštívil Německo.
Jak létá „Proudový upír“
Jedinečně! Odpoví Vám každý, kdo tu příležitost dostal. Zkušenosti, které posádka při takovém létání získá nesnesou srovnání. Do létání v programu SOFIA je zapojeno 12 pilotů, někteří mají zároveň kvalifikaci na další specifické stroje NASA jako Gulfstream G-III, DC-8 nebo dokonce U-2. Piloti létající N747NA používají k výcviku klasický simulátor B-747 umístěný na letišti v Denveru, který patří přímo NASA.
Revoluční obr Boeing 747. Na jeho vývoji se podíleli i ČešiPsal se rok 1972 a v Praze poprvé přistával Boeing 747. Byla to taková událost, že někteří rodiče psali dětem omluvenky do školy, aby se také mohli jít podívat.  První prototyp B747 ve zkušebním programu. |
Protože SOFIA provádí experimentální lety pouze v noci, získala přezdívku „Vampire Jet“, Proudový upír. Optimální doba letové mise s ohledem na poměr doby ve službě a následného odpočinku, která umožňuje, aby posádka absolvovala až tři lety týdně, je 10 hodin. Existují však i 14 až 16hodinové lety. Program SOFIA je neméně náročný i pro pozemní personál, který stroji věnuje maximální péči. Ročně je SOFIA vystavena až 600 cyklům a 1000 letovým hodinám. Velké revize typu C, D-Check SOFIA absolvovala v letech 2014 a 2017. Provádí se v hangárech Lufthansa Technik v Hamburku. Údržba spadá pod divizi VIP letadel a letadel pro zvláštní mise.
V kokpitu B-747 SP se snoubí moderní avionika „s rukodělnou klasikou“, která je zapotřebí při ovládání starších letadel. I když mají piloti před sebou FMS obrazovky ze sady avioniky Honeywell Primus Epic a vlastní systém pro komunikaci s ATC NextGen, rozhodně se nejedná o plně digitální, automatizované letadlo. Autopilot a systémy ADC, Air Data Computers, jsou analogové přístroje, takže rychlosti V1, V2, si posádka musí vypočítat sama.
Konzole s přístroji systémů letadla určená pro palubního inženýra se podobá dobře udržované hifi soupravě ze 70. let. Jediný rozdíl oproti palubní přístrojové desce klasického Jumba je v zabudovaném ovladači „nebeských dveří“ UDR na levém boku letounu.
Piloti během letu nepoužívají funkci automatického tahu (auto-throttle), neboť letová obálka Clipper Lindbergh je velmi úzká, v rozpětí pouhých 13 uzlů. Běžná komerční letadla mají 40 až 50 uzlů. Provoz letounu není kvůli jeho hmotnosti (maximální vzletová hmotnost je 317 tun) a slabším motorům zrovna nejefektivnější. SOFIA však létá ve vysokých hladinách, kde se tento hendikep snaží kompenzovat.
Další rozdíl je také ve vyšší přistávací rychlosti B-747 SP. Důvodem je, že zkrácená verze je oproti dlouhé verzi Jumba lehčí o 50 tun, což konstruktérům umožnilo instalovat na odtokovou hranu křídla jednoduché vztlakové klapky na místo složitých tříštěrbinových.
Domovskou základnou B-747 SP SOFIA, ze které po větší část roku operuje, je Palmdale v Kalifornii. Na letišti se nachází Armstrongovo letecké výzkumné středisko NASA, kde je pro Clipper Lindbergh vyhrazený hangár 703. V Palmdale se ale nachází i USAF Plant 42, kde se například kompletovaly bombardéry B-1 a B-2. V zimním období na jižní polokouli, v červnu a červenci se SOFIA stěhuje do města Christchurch na Novém Zélandě.
Procházka po letadle a připoutejte se, prosím
Na horní krátké palubě, kam se dostanete po retro točitých schodech ze 70. let, se nachází osm sedadel Lufthansa Bussines Class ve dvou řadách, po čtyřech v každé. Kromě toho je na palubě umístěna i pozice pro pozorovatele vybavená konzolí s počítačem.
Boeing 747SP nenaplnil očekávání výrobce. Jeden slouží k výzkumu vesmíru Boeing 747SP ve Frankfurtu nad Mohanem. |
Na spodní palubě v přední části na pravé straně se nachází sedm řad po dvou sedačkách, opět typ Lufthansa Business Class, naproti přes uličku jsou po levé straně umístěné stojany s komunikačními systémy, včetně patnácti terabytových harddisků, na které jsou ukládána data z celé mise. Množství údajů sesbíraných během každého letu neumožňuje přímý telemetrický přenos. Datové složky jsou tak z letadla přeneseny do operačních počítačů až na zemi.
Místo kuchyně se nachází další prostor s elektronikou, kde je však také poněkud neobvykle i zeď, kam se podepisují celebrity a VIP lidé. Ve střední části dojde i na toalety, které vás svým interiérem opět přenesou do 70. let minulého století u společnosti PANAM.
K dispozici je i malá kuchyňka s jednoduchou výbavou, mikrovlnkou, ledničkou, kávovarem. Je však zakázáno si na palubu přinést vlastní jídlo. Posádce jsou k dispozici především energetické tyčinky, čokolády a další povolené „podpůrné prostředky“. Stejně tak není během letu dovoleno přenášet libovolně po letadle jídlo a pití.
Tím hlavním prostorem je místnost ve střední části, nad centroplánem, odkud se řídí letová mise SOFIA. Zde jsou umístěná všechna odborná pracoviště, na kterých má každý před sebou vlastní konzoli s počítačem.
Letový tým se skládá z ředitele mise (Mission Director), vědeckého pracovníka, plánovače letu a zástupce ředitele mise (Science Flight Planner – Mission Director II), operátorů teleskopu (Telescop Operators), jakýchsi vyslanců ve vzduchu (Airborne Ambassadors) a dalších specialistů obsluhujících vysoce citlivé přístroje – kamery, spektrometry, fotometry pracující v různých vlnových délkách.
Kupodivu jen několik lidí z celého týmu jsou kmenovými zaměstnanci NASA, samozřejmě kromě letové posádky. Většinou jsou to zaměstnanci USRA (University Space Research Association), což je veřejná, nevýdělečná organizace pracující pro NASA v rámci kontraktu.
Protože vědečtí operátoři sedí zády k letu, dostává se jim přitom výhledu na přetlakovou přepážku. Tuto životně důležitou součást obepínají na pohled nevzhledné elektrické i instalatérské rozvody s do prostoru trčícími prvky izolace. Díky tomu připomíná stěna interiér Mezinárodní kosmické stanice ISS. Zdání ovšem klame, a vše je podřízeno maximální účelnosti. V kabině je kvůli velkému množství přístrojů během letu udržována teplota na 16 stupních Celsia, což navíc vyžaduje teplou vrstvu oblečení.
Létající upír SOFIA.
Turbulence nevadí
V poslední části, za přetlakovou překážkou se nachází nejdůležitější a nejdražší část výbavy letounu – sedmnáctitunový infračervený teleskop se zrcadlem o aktivním průměru 2,5 metru. Jedná se o Cassegrainův dalekohled, kde se paprsky odražené dutým primárním parabolickým zrcadlem vážícím dvě tuny soustředí do malého vypouklého hyperbolického zrcadla, které je odrazí do okuláru, umístěného v ose dalekohledu. Celá sestava teleskopu pak váží dvacet tun.
Pozorování se provádí, jen když jsou vrata skládající se ze dvou částí – horních pevných dveří a spodních pružných dveří – otevřena a SOFIA je vystavena okolnímu prostředí. Vrata, v kokpitu na panelu FE je jejich ovládání označeno zkratkou URD – Upper Rigid Door, se otevírají nejdříve v letové hladině FL 350. Pohybují se ve speciálně upraveném profilu trupu směrem nahoru a svými rozměry jsou vůbec největší, která kdy byla na Boeingu 747 použita. Jejich instalace si vyžádala úpravu trupu, včetně bočního zvětšení do podoby jakési široké kapky zajišťující plynulé laminární obtékání otevřeného prostoru.
Na palubě je 269 lidí a všichni zemřou. Korejský Boeing 747 bude sestřelen |
Dodejme, že teleskop se musí před otevřením vrat za letu ochladit na aktuální venkovní teplotu. Děje se tak prostřednictvím tekutého dusíku.
Otevřená vrata přes výše uvedené nezpůsobují žádnou turbulenci a spotřeba paliva stoupne o pouhá dvě procenta. A to se Clipper Lindbergh pohybuje optimální rychlostí Mach 0.85!
Při návratu zpět na základnu musí být vrata pod hladinu FL 350 již zavřená. Letoun pak do nižších vrstev atmosféry klesá maximální vertikální rychlostí 2 000 ft/m (1000 ft = 0,3 km), aby se v nepřetlakovaném prostoru zabránilo vzniku přílišné kondenzace.
Vrata také zůstávají zavřená za letu při denním světle, aby se zabránilo poškození teleskopu a dalších citlivých přístrojů slunečními paprsky, popřípadě přímo vzniku požáru. V případě, že by pro technickou závadu nešla uzavřít a zůstala zaseknutá v určité poloze, musí piloti zohlednit své manévry tak, aby jejich trajektorie a přistávací dráha nesměřovaly proti slunci.
Turbulence za letu nejsou z hlediska použitelnosti teleskopu problém, a to až do úrovně moderate (střední). S fixací polohy si poradí speciální tlumiče, gyroskopy a kulová ložiska. Teleskop je tak přesně vyvážený, že se jeho otřesy patrné v řídící místnosti na první pohled jeví, jako by byl v pohybu. Ve skutečnosti se letoun pohybuje okolo teleskopu. Při těžších turbulencích je možné celou sestavu teleskopu dočasně uzamknout, „stand by position“, a zabránit tak poškození sestavy prudkým a náhlým přetížením.
Budoucnost, která neleží mezi hvězdami
SOFIA stojí americké daňové poplatníky ročně 85 milionů dolarů, německá strana přispívá 20 miliony. Při sto letech za rok vychází jedna letová hodina na 100 000 dolarů. I když má program SOFIA v tuto chvíli zajištěné financování, problémem do budoucna je platforma, na které létá. Životnost repasovaného Boeingu 747 SP je stanovená zhruba na dvacet let, a i když se jedná o letoun, kterému je věnována mimořádná péče, čas od času se věk 42 let projeví.
Vzhledem k tomu, že je použita technologie generace proudových letadel 60. let, jsou problémem nedostatečně výkonné motory, vyšší spotřeba paliva, ale i nedostatek náhradních dílů. V roce 2016 například prasklina v motoru č. 1 letoun na několik dnů uzemnila, což mělo za následek zrušení několika dlouhodobě plánovaných misí.
Novější verze Boeingu 747-400 či dokonce 747-800, by většinu problémů vyřešily. Kromě toho by observatoři SOFIA umožnily létat výše, rychleji a na mnohem delší pozorovatelské mise. O zázemí pro členy týmu SOFIA nemluvě. Avšak vzhledem k neúměrným nákladům na pořízení nového stroje a skutečnosti, že z plánované životnosti unikátního Clipperu Lindbergh ještě neuplynula ani polovina doby, NASA o jeho konci ani neuvažuje.
Poděkování patří kolegům z ACC Praha Michalu Józsovi a Ing. Tomáši Rajdlovi.
Oprava: V textu jsme opravili název a přepočet jednotky parsek
