Reklama


Přistání na Saturnově měsíci Titan aneb Triumf jménem Huygens

20.08.2017 - Tomáš Přibyl

Prakticky každá obří meziplanetární mise představuje výsledek desítek let vývoje a hledání cest. Nejinak tomu bylo u sondy Cassini, která nesla na palubě dosud největší úspěch evropské kosmonautiky: výsadkový modul Huygens pro přistání na Saturnově měsíci Titanu

Přistání - Přistání na Titanu v odvážné výtvarné představě; v pozadí Saturn i sonda Cassini
Přistání - Přistání na Titanu v odvážné výtvarné představě; v pozadí Saturn i sonda Cassini

Psal se rok 1975 a americký Národní výzkumný výbor doporučil jako jeden z příštích cílů kosmického programu sondu pro dlouhodobý průzkum Saturnu. Nezávisle na tom začalo Amesovo středisko NASA v Kalifornii společně s firmou Martin Marietta Corporation rozpracovávat misi na Saturnův měsíc Titan. Pozemská pozorování naznačovala, že by mohl druhý největší přirozený satelit ve Sluneční soustavě představovat extrémně zajímavé těleso, s hojným výskytem metanu a pravděpodobně také uhlohydrátů v atmosféře. Přesně tak přitom kdysi dávno nejspíš vypadala i Země. 

Celá výsadková mise však měla jeden zásadní háček: o Titanu jsme prakticky nic nevěděli. Inženýři se proto shodli, že by sonda disponovala padáky i raketovými motory a teprve na místě by se rozhodla, co a v jakém okamžiku použije. Francouzský vědec Jacques Blamont zase navrhoval méně riskantní řešení: v roce 1978 vypracoval studii balonové sondy, jež by s sebou vezla okysličovadlo a přímo z atmosféry měsíce by čerpala metan, který by následně spalovala. NASA pak zvažovala misi podobnou marsovským sondám Viking a později rozpracovala jistou obdobu dnešního programu Discovery – projekt Purple Pigeon, jenž počítal s celou řadou malých jednoduchých průzkumníků pro různé cíle ve Sluneční soustavě.

Rozdělení rolí

Po průletu obou Voyagerů kolem Saturnu v listopadu 1980, respektive v srpnu 1981 jsme nebyli o moc moudřejší. Snímky Titanu byly rozmazané (halila jej hustá oblačnost), a začalo se proto zvažovat vyslání dedikované sondy vybavené výkonným radarem. Počátkem 80. let projevila o projekt zájem Evropa: Francie chtěla reagovat na americko-německou sondu Galileo a výsadkový modul k Jupiteru, jenže pracovala na mnoha projektech, a tak byla přizvána ESA.

Podle první dohody měla evropská agentura vyrobit družicovou část a NASA přistávací zařízení. Jakmile ovšem začal americký úřad misi k Saturnu a Titanu podrobně studovat, dobral se jiného řešení – využití záložního exempláře sondy Galileo, která měla i konstrukci na uchycení výsadkového modulu. Role se tak obrátily: NASA chtěla dodat družicovou sekci a ESA si měla vybrat – buď výsadkový modul, nebo nic. 

Evropa měla s Amerikou z předchozích let jen ty nejhorší zkušenosti: ESA jednak finančně krvácela na projektu americké laboratoře Spacelab a jednak NASA zrušila svůj podíl na misi ISPM neboli International Solar Polar Mission. Evropané proto rozebírali další možnosti, jako například expedici k planetce Vesta nebo sondu CAESAR čili Comet Atmosphere Encounter and Sample Return pro odběr vzorků z kometárního ohonu. Nakonec však evropská agentura se zaťatými zuby přistoupila na stavbu výsadkového modulu pro Titan. Mimochodem, krátce nato NASA opustila záměr využít hardware z programu Galileo a přiklonila se k nově vyvíjené sondě Mariner Mark II. Padl tak hlavní důvod, proč dostala ESA na starost výsadkový modul – už jí však zůstal.

Přežije dinosaurus?

V roce 1987 dala americká kosmická agentura celému programu budoucí sondy Cassini zelenou. Počítalo se se startem v květnu 1994 na palubě raketoplánu a s příletem k cíli o osm let později. ESA měla dodat výsadkový modul na baterie, který zamíří do atmosféry Titanu. Po počátečním brzdění by zhruba tři hodiny klesal a dopadl by rychlostí 4 m/s. Baterie měly vystačit i pro práci na měsíci. Jenže nikdo nevěděl, jak povrch tělesa vypadá, a počítalo se s možností, že jej pokrývá moře. Modul proto vznikal tak, aby se alespoň několik minut udržel na hladině.

ESA s tímto konceptem v roce 1988 souhlasila a program přijala v době, kdy na něj Kongres USA pro NASA ještě neuvolnil prostředky (došlo k tomu až koncem následujícího roku). Výraznou změnu představoval přesun na raketu Titan 4, přičemž pro vypuštění se otevírala startovací okna v prosinci 1995, dubnu 1996 a listopadu 1997. Počítalo se s využitím prostředního z nich, jenže v roce 1991 se sonda Cassini dostala do finančních potíží. NASA totiž chystala prakticky identickou dvojici vesmírných průzkumníků a Kongres trval na tom, že jeden se musí zrušit. Americká vědecká obec stála za sondou CRAF neboli Comet Rendezvous, Asteroid Flyby, ale přežila právě Cassini. Přesto dostala méně peněz a start se posunul na rok 1997.

Aby projektový tým ušetřil, škrtnul kromě jiného dvě pohyblivé plošiny, které měly nést i anténu pro zaměření přistávajícího modulu. Projektu nepřál ani nový administrátor NASA Daniel Goldin, jenž prosazoval zcela jinou koncepci průzkumu. Sázel na model „rychleji, lépe, levněji“, který počítal s flotilou menších misí do rozmanitých koutů Sluneční soustavy, a Cassini označil za „dinosaura“ odsouzeného k vyhynutí. Opět se redukoval rozpočet a opět hrozilo ukončení programu. Tentokrát se Evropa důrazně ozvala s tím, že pokud NASA znovu smete společný projekt ze stolu, přestane se podílet na Mezinárodní vesmírné stanici. Roli spasitele na sebe vzala Itálie: ujala se části nákladů a zodpovědnosti za antény, většinu radiokomunikace, polovinu mapovacího radaru a některé přístroje.

Mistrovské dílo Evropy

Postavit výsadkovou část – mezitím pojmenovanou Huygens – dostala za úkol firma Aérospatiale v Cannes. Modul vážil 320 kg a dalších 30 kg připadalo na podpůrné systémy na Cassini. Celkem 79 kg zaujímal tepelný štít o průměru 2,7 m, jenž mimochodem využíval technologie ze zrušeného raketoplánu Hermes. Huygens nesl šest přístrojů o hmotnosti 48 kg, které měly 39 senzorů. Při vývoji bylo nutné vyřešit celou řadu otazníků, například podíl argonu v atmosféře Titanu: nedal se stanovit spektroskopicky ze Země, nicméně mohl mít výrazný vliv na hypersonickou aerodynamiku a tepelnou rozvahu během přistání. Původní předpoklad zněl 21 %, později 6 % a nakonec se ukázalo, že jde jen o stopový prvek.

Startovací okno se otevíralo od 6. října do 4. listopadu 1997. Teoreticky bylo možné uskutečnit start ještě od druhé poloviny listopadu 1997 do ledna 1998 a pak v březnu/dubnu 1999, v tom případě by však sonda dorazila k Saturnu až v roce 2009. Původně se počítalo s příletem k planetě v prosinci 2005, ale NASA vyjednala s armádou přidělení silnější rakety Titan 4B, takže nové datum znělo červenec 2004. V roce 1993 ovšem zmíněný nosič havaroval a kosmická agentura zvažovala přesun Cassini na raketoplán, přesněji na dvojici raketoplánů – jeden by vynesl vlastní sondu a druhý urychlovací stupeň, načež by oba komponenty spojili astronauti při výstupu do otevřeného prostoru. Nakonec ovšem přece jen zvítězil Titan 4B.

Nepříjemné překvapení

Jen několik dní před startem došlo k poškození modulu – klimatizace omylem zapnutá na příliš velký výkon potrhala tepelnou izolaci. Huygens se musel demontovat, rozebrat a vyčistit, načež se jednotlivé kousky izolace poskládaly jako puzzle, aby se zjistilo, zda se neztratil byť sebemenší úlomek. Start se tak nakonec uskutečnil až 15. října 1997. 

Nepříjemné překvapení se objevilo v únoru 2000, kdy se testovala komunikace mezi modulem a samotnou Cassini, která měla sloužit jako retranslační stanice. Přijímač na sondě byl nastaven na velmi úzké pásmo, jež ovšem nepočítalo s Dopplerovým efektem. Původně totiž měla komunikaci zprostředkovávat jiná anténa, z úsporných důvodů však z mise zmizela, zatímco její úzké pásmo v projektu zůstalo. Rok a půl technici řešili, jak problém eliminovat. Nakonec se přepracoval scénář přistání, v němž se původně počítalo s odhozem modulu v listopadu 2004 a s přistáním v prosinci téhož roku. Dosednutí na povrch se tedy odložilo o měsíc, aby měly stanice při přistávání co nejmenší vzájemnou rychlost.

Finální zteč

Prvního července 2004 se na 96 minut a 24 sekund zažehl hlavní motor sondy: spotřeboval přitom 830 kg paliva a snížil její rychlost o 622 m/s, aby se mohla stát umělou družicí Saturnu. Šestnáctého prosince byla Cassini navedena na kolizní kurz s Titanem a o devět dní později pružiny uvolnily Huygens a udělily mu rychlost 33 cm/s. Patnáctého ledna 2005 zaznamenaly akcelerometry ve vzdálenosti 1 500 km od povrchu měsíce první kontakt. Ve výšce 1 270 km měl modul rychlost 6 km/s, začal prudce brzdit a během 4,5 minuty zpomalil na 400 m/s. Maximální přetížení dosáhlo 13 G a tepelný štít se rozpálil na 1 700 °C.

Ve výšce 155 km vystřelil Huygens výtažný padák o průměru 2,6 m, poté hlavní padák o průměru 8,3 m a nakonec odhodil tepelný štít. Kromě Cassini zachytil jeho signál i radioteleskop u Green Bank: nebylo sice možné zjistit obsah zprávy, ale kritickou fázi průletu atmosférou modul prokazatelně zvládl. Průzkumník pak postupně klesal, načež došlo k jedné z největších komplikací při sestupu. Když Huygens opouštěl mateřskou sondu, měl kvůli stabilizaci rotaci 7,5 otáčky za minutu a udržel si ji až do okamžiku vstupu do atmosféry. Poté zmíněná hodnota klesala, a deset minut po dosažení atmosféry se rotace dokonce zastavila – jenže působení negativní síly pokračovalo. Při dosednutí na povrch tak modul rotoval rychlostí deset otáček za minutu, ale v opačném směru! Při žádné pozemní simulaci se však nic podobného vyvolat nepodařilo.

Sestup atmosférou trval 2 hodiny a 42 minut. Huygens přečkal i kontakt s lunárním povrchem a Cassini jeho vysílání sledovala ještě 1 hodinu a 12 minut, načež zmizela za horizontem. Zvláštní je, že pozemské radiostanice detekovaly signály z povrchu Titanu 3 hodiny a 13 minut – a extrapolace ukázala, že baterie vystačily ještě nejméně na 17–20 dalších minut.

Ztracená data

Kvůli technické chybě došlo bohužel ke ztrátě podstatné části dat z přistání. V řídicím programu neproběhl příkaz k zapnutí ultrastabilního oscilátoru na kanálu A, který tvořil jednu ze dvou komunikačních linek. Technici přitom už před přistáním řešili, jak obě linky využít: zda každou pro jiná data, čímž by se množství získaných informací zdvojnásobilo, nebo ke vzájemnému zálohování. 

Nakonec zvítězil kompromis: některá data se jako kritická posílala oběma linkami, ale například snímky se mezi ně dělily. Tentokrát však vědcům štěstí přálo: sestup modulu sledovalo osmnáct pozemských radioteleskopů, tudíž bylo možné data dopočítat. Například proudění větru na Titanu se tak podařilo stanovit s přesností na 1 m/s, což vzhledem k nejsilnější naměřené hodnotě – 120 m/s – představovalo solidní úspěch.

  • Zdroj textu: Tajemství vesmíru 1/2015
  • Zdroj fotografií: NASA

Reklama



Reklama

Aktuální články

Zajímavosti

Paříž je pojmenovaná podle keltského kmene známého jako Parisii. Nejstarší osídlení se datuje do roku 4200 př. n. l.

Cestování

Konopí stále častěji nachází uplatnění v medicíně

Věda

Odvedl krysař děti na Moravu?

Historie

Nejnovější test motoru pro nosnou raketu systému SLS

Vesmír
Zajímavosti

Nové časopisy Extra Publishing

RSSInzerceO serveru (Redakce)Partnerské weby
© Extra Publishing, s. r. o. 2007–2011. ISSN 1804-9907