Budoucnost satelitní telekomunikace: Vesmírné remorkéry a robotičtí opraváři

Ve výšce 35 786 kilometrů nad rovníkem je překvapivě rušno. Z geostacionární oběžné dráhy (GEO) pokrývají tisíce družic Zemi televizním signálem a zajišťují připojení k internetu i na těch nejodlehlejších místech. Potřeba lidstva přenášet data raketově roste, netřeba však stejným tempem vysílat další a další telekomunikační satelity. Družice v orbitu jsou totiž konstruovány jako stavebnice, a je-li nutné zvýšit výkon či dát stroji nové určení, stačí vyměnit patřičný modul přímo za letu.

Autonomní sondy se proplétají roji satelitů soustředěných na takzvaných orbitálních pozicích. Když dorazí k družici, která potřebuje opravit, natankovat či „upgradovat“, sonda na ní krátkodobě zakotví nebo se s ní spojí na delší dobu, třeba i roky, aby svými přístroji rozšířila funkcionalitu satelitu. Až sondy není více třeba, oba stroje se zase rozpojí a robotický údržbář letí k další družici. Tak bude podle všeho vypadat provoz na GEO v průběhu příštího desetiletí.

Let na paprsku 

Na realizaci podobných scénářů už se pracuje, například jsou také promýšleny koncepty robotických remorkérů, které družice dotlačí z nízké oběžné dráhy na GEO. Geostacionární satelity by takto ušetřily významné množství paliva vzhledem k tomu, že se po vypuštění odpojí od orbitálního stupně nosné rakety už po 200 kilometrech letu. Samy pak musí urazit zbytek cesty na místo svého určení, což odpovídá jedenáctině vzdálenosti od Země na Měsíc.

Starší stroje k tomuto manévru používaly raketové motory na pevné palivo. Cesta na GEO tedy spotřebovala drtivou většinu družicí neseného paliva, jehož zbytek si stroj ponechal k občasným korekcím kurzu. A nakonec k tomu, aby satelit sám sebe odstavil na takzvaný hřbitovní orbit za GEO, typicky po patnácti letech služby. Tuto desítkami let prověřenou praxi však zásadně mění nástup iontového či plasmového pohonu.

Tyto motory vyzařují paprsek nabitých atomů, nejčastěji xenonu v plynném stavu. Jejich postupné urychlování probíhá v ústrojí tvarem a velikostí připomínajícím větší reproduktor, z nějž je vzniklé plazma vyháněno pomocí magnetického pole rychlostí až 50 km/s. Paprskem poháněný satelit si vystačí jen s trochou plynu, iontový pohon proto zabere jen asi desetinu místa, které vyžaduje chemický motor včetně nádrží. Přičemž elektřinu k ionizaci plynu si vyrobí sám z energie ze solárních panelů.

Malý, ale šikovný

Proto má být do konce dvacátých let až polovina geostacionárních družic poháněná nějakým druhem iontového pohonu. Jako před rokem vypuštěný SES-12 evropského satelitního operátora SES, který signálem pokrývá Střední východ, části Asie a Pacifik. Vystrojen motory na tekuté palivo a nádržemi by stroj vážil nejméně šest namísto 5,3 tun a také byl větší. Každé kilo se přitom váží zlatem, co se nákladů na vynesení čehokoliv na oběžnou dráhu týče. Navíc raketu jako Falcon 9 společnosti SpaceX musí mít družice opatřená raketovými motory celou pro sebe, stroje s iontovým pohonem však lze vyslat i dvě najednou.

S menší pohonnou jednotkou jde do krychle s délkou stran kolem dvou metrů vecpat více transpondérů, přístrojů modulujících signál ze Země a vysílajících jej zpátky na povrch. Tedy významně rozšířit operační kapacity satelitu. A navíc prodloužit stroje životnost na oběžné dráze, která je u konvenčně poháněných družic limitována především omezeným množstvím paliva. Možnost satelit provozovat dvacet namísto patnácti let přináší další úsporu v nákladech.

Ale také samotná vysílací technologie se stále zdokonaluje. Transpondéry starších strojů vylétaly s víceméně pevným nastavením, výkonné počítače na palubě nejmodernějších družic ovšem dovolují parametry vysílání upravovat podle okamžité poptávky a potřeb vysílatelů. Efektivnější využití přenosových kapacit satelitu může krátkodobě zvýšit jeho výkon až o řád. Stroj navíc již nemusí nést filtry signálu, frekvenční konvertery a další přístroje o váze mnoha metráků.

Vesmír za babku

Stejně dramatickým vývojem právě prochází i nosná technologie. Především společnost SpaceX prolomila monopol hrstky státních agentur a jejich soukromých kontraktorů jako United Launch Alliance (ULA), společného podniku koncernů Lockheed Martin a Boeing. Když se v září 2008 SpaceX stala první soukromou firmou, která zcela samostatně na oběžnou dráhu vyslala raketu na tekutý pohon, ULA si za vypuštění satelitu účtovala až 400 milionů dolarů. Dnes stojí vystřelení družice na GEO raketou Falcon 9 od SpaceX kolem 90 milionů dolarů. 

Stejně rychle padají také ceny za vyzvednutí satelitu na střední oběžné dráhy (MEO, od přibližně 2000 kilometrů na zemským povrchem) a nižší oběžné dráhy (LEO). Ty dnes nabývají na důležitosti, lze přes ně totiž přenášet internet rychleji než ze vzdálené geostacionární dráhy. Například dvacítka družic O3b Networks, dceřinné společnosti operátora SES, propojuje svět z MEO o výšce 8 062 kilometrů. 

Ke snižování nákladů na vypuštění družic výrazně přispívají technologie vícenásobného používání komponentů raket. Co se orbitálních nosičů týče, byla i v tomto ohledu pionýrem společnost SpaceX. V prosinci 2015 se jejím inženýrům povedlo vertikálně přistát vracející se první stupeň rakety Falcon 9 na rampě komplexu v Cape Canaveral. Byť až na osmý pokus, dřívější přistání buď končila v plamenech nebo neubrzditelný stroj raději odvrátili do moře. Historicky první start rakety s již použitou komponentou proběhl v únoru 2017 s družicí SES-10 na palubě.

Před našima očima se tedy rodí skutečná vesmírná ekonomika. Náklady na výrobu, vypuštění a provoz telekomunikačních satelitů se budou nestále snižovat, už v příští dekádě radikálním tempem. „Širší možnosti využití družic otevřou zcela nové podnikatelské modely, třeba krátkodobý a na okamžité vyžádání dostupný pronájem vysílacích kapacit,“ vysvětluje Martin Ornass-Kubacki, viceprezident a šéf regionu CEE ve společnosti SES. „Satelity budou hrát nezastupitelnou roli při přenášení stále větších oběmů dat a zajišťování všudypřítomné konektivity na zemském povrchu.“