Meziplanetární sondy Pioneer 10 a 11: cesta až na konec světa

05.04.2015 - Tomáš Přibyl

Americké sondy Pioneer dělaly čest svému jménu: byli to skuteční průkopníci dobývání vesmíru. Největšího věhlasu dosáhly exempláře s pořadovými čísly 10 a 11, které se jako první tělesa vyrobená lidskou rukou vydaly mimo hranice Sluneční soustavy


Reklama

Sondy Pioneer 6 až 9 vypuštěné v letech 1965–1968 byly extrémně úspěšné. Vydaly se do meziplanetárního prostoru na dráhu kolem Slunce: ta sice byla blízká orbitě Země, ale zároveň se nacházela od naší mateřské planety dostatečně daleko, aby neovlivňovala prováděná měření. U další série těchto sond zvažovalo už Amesovo vesmírné středisko vzdálenost čtyř astronomických jednotek (AU) od Slunce. Díky tomu bychom mohli kosmické počasí studovat v různých částech Sluneční soustavy a vytvořit tak jeho 3D model. Mise dostaly název Pioneer F a G (sondy z této řady se před startem označovaly písmeny a až po úspěšném navedení do vesmíru dostaly pořadové číslo).

Ve stejné době pracovalo Goddardovo kosmické středisko v Marylandu na projektu Galactic Jupiter Probe. Mělo jít o flotilu čtyř 300kg sond zaměřených také na studium kosmického počasí a na průzkum pásu asteroidů a okolí planety Jupiter. Tento koncept se měl stát testovací misí před chystanou „velkou cestou“, kterou později realizovaly sondy Voyager průletem u Jupitera, Saturnu, Uranu a Neptunu.

V roce 1967 doporučila americká Národní akademie věd oba projekty sloučit a svěřit je pod hlavičku Amesova střediska – Goddardovo centrum totiž bylo v inkriminované době plně vytíženo programem Apollo. Přidání průzkumu Jupitera do „letového řádu“ ovšem znamenalo zásadně překopat celou koncepci sond: měly využívat sluneční baterie, ale protože u krále mezi planetami je sluneční záření čtyřicetkrát méně intenzivní než u Země, bylo rozhodnuto vsadit na radioizotopové generátory. Osmého února 1969 byl program v pozměněné podobě schválen.

Kosmické počasí ve 3D

Přípravy ke startu sondy Pioneer 10 začaly v prosinci 1971, a sice montáží rakety Atlas-Centaur, která byla vybavena horním stupněm v podobě motoru na tuhé pohonné látky TE-M-364-4. Start byl třikrát odložen kvůli silnému větru a uskutečnil se 2. března 1972. Před zážehem stupně na tuhá paliva byla sondě udělena rotace 21 otáček za minutu, která měla zajistit kompenzaci případných nepravidelností ve funkci motoru. Ten ale pracoval jako hodinky a díky němu se sonda Pioneer 10 stala s rychlostí 14,365 km/s nejrychlejším tělesem historie.

Prvních dvacet měsíců letu prováděla studium meziplanetárního prostoru v koordinaci s družicemi u Země, sondou Explorer 35 na lunární oběžné dráze a satelity IMP 5 a 6 v meziplanetárním prostoru. V srpnu detekoval Pioneer 10 čtyři velké sluneční bouře: nacházel se ve vzdálenosti 2,2 AU od Slunce, kde měl sluneční vítr poloviční rychlost než u Země, a modelování „kosmického počasí“ mohlo začít.

Cesta územím nikoho

Velkou neznámou představoval průlet pásem asteroidů. Nikdo tehdy netušil, kolik těles a jaké velikosti tato oblast mezi drahami Marsu a Jupitera obsahuje. Pioneer 10 se do pásu vnořil v červenci 1972 a opustil jej v únoru 1973 – bez jediného škrábnutí. Detektory částic zaznamenaly 55 zanedbatelných zásahů, ale s podobnými střety (byť méně četnými) se automat setkával po celou cestu Sluneční soustavou. Pioneer 10 se mimochodem dvakrát přiblížil ke známým asteroidům, ovšem na vzdálenost úctyhodných devíti milionů kilometrů.

Jak se sonda vzdalovala od Slunce, klesala podle očekávání intenzita jeho radiace, překvapivě však nenarůstala radiace galaktická. Tehdy se vědci domnívali, že vliv naší hvězdy může končit ještě před Jupiterem, kde už převládají externí vlivy, a tudíž vlastně začíná mezihvězdný prostor. Dnes však víme, že výsostné území Slunce zasahuje do vzdálenosti nejméně 100 AU (této vzdálenosti mimochodem ani jedna ze dvou sond Pioneer zatím nedosáhla).

Návštěva krále planet

Šestého listopadu 1973 začal oficiálně průlet u Jupitera. O dva dny později protnula sonda dráhu jeho měsíce Sinope, který tehdy představoval nejvzdálenější známou oběžnici planety. Dne 26. listopadu se Pioneer 10 poprvé setkal se silnými radiačními pásy Jupitera, jež byly mimochodem známy a potvrzeny ještě dříve než radiační pásy Země!

Od 2. prosince sonda konečně pořizovala fotografie, které svým rozlišením předčily snímky z pozemních dalekohledů. Zároveň se ale projevily problémy s elektronikou, způsobené silnou radiací. Došlo kvůli tomu ke ztrátě části vědeckých dat a například snímky měsíce Io se vůbec nepodařilo získat. Výpadky přístrojů však byly jen krátkodobého charakteru.

Šestnáct hodin před maximálním přiblížením k planetě minul Pioneer 10 o 1,42 milionu kilometrů měsíc Kallisto, poté o 440 tisíc kilometrů Ganymed a nakonec o 330 tisíc kilometrů Europu. K maximálnímu přiblížení došlo 4. prosince 1973 ve výšce 132 000 km nad nejvyšší vrstvou oblačnosti a 203 240 km od středu planety, a to rychlostí 35 km/s. Šestnáct minut po nejbližším průletu se sonda dostala do zákrytu za měsíc Io, u něhož objevila chvost vodíku – ne nepodobný ohonům komet. Na délku dosahoval téměř třetiny oběžné dráhy měsíce kolem planety a vysvětlil jednu velkou záhadu: proč jsou rádiové emise Jupitera při pozorování ze Země modulovány právě periodou oběhu měsíce Io.

Druhého ledna 1974 opustil Pioneer 10 magnetosféru Jupitera a průlet byl formálně ukončen. Setkání s obří planetou ovšem dramaticky změnilo dráhu sondy, a ta místo návratu ke Slunci zamířila mimo náš solární systém.

Kam pošleme „jedenáctku“?

Pioneer 11 odstartoval 9. března 1973. Šlo prakticky o kopii předchozí sondy, navíc nesla jen tříosý cívkový magnetometr. Největší technickou změnu tak představovala nosná raketa: druhý stupeň Centaur poprvé v historii vyhodnocoval přímo za letu sílu a směr větru a na zjištěné hodnoty aktivně reagoval. Zajímavé je, že při startu nebyl jasný program letu – o cíli této mise bylo možné rozhodnout až cestou.

Na rozdíl od prakticky bezproblémové desítky se jedenáctka od startu potýkala s problémy. Jedna ze dvou tyčí s radioizotopovým generátorem se nevyklopila, což se však podařilo postupně vyřešit zrychlením rotace a několika zážehy stabilizačních motorů. Další problém představovalo selhání hlavní řídicí jednotky a nucený přechod na záložní zdroj.

Po úspěšném průletu sondy kolem Jupitera padlo konečné rozhodnutí o její cestě k Saturnu. V dubnu 1974 byl proveden zážeh hlavního motoru v délce 42 minut a 36 sekund, při němž došlo ke změně rychlosti o 63,7 m/s. Pioneer 11 nakonec proletěl kolem Saturnu 1. září 1979: v nejbližším bodě se nacházel jen 21 000 km od horní vrstvy oblačnosti. Sonda se při tom málem srazila s jedním měsícem planety, kolem nějž proletěla ve vzdálenosti pouhých 4 000 km – podařilo se jej objevit pouhý den před maximálním přiblížením a na změnu trajektorie už nebyl čas.

Před průletem kolem Saturnu se zvažovaly dvě trajektorie letu. První z nich představoval průlet v maximální blízkosti, mezi prstencem C a planetou. Od roku 1969 byl ale znám nový prstenec D, přes nějž by sonda musela proletět: nejnovější radarová pozorování však ukazovala, že se skládá z centimetrových až metrových úlomků. Průlet skrz prstenec mohl mít nicméně obrovský přínos a navíc by sondu nasměroval k tajemnému měsíci Titan. Druhá trajektorie letu počítala s průletem z vnější části prstenců a nakonec zvítězila.

Život po životě

Pioneer 11 bylo na jeho dráze možné nasměrovat k průletu u Uranu v prosinci 1985 nebo jej vrátit k Jupiteru a jeho gravitační pole využít pro cestu k Neptunu či k jedné z 33 periodických komet. Objevily se však pochybnosti o funkčnosti sondy deset až patnáct let po startu – vždyť její plánovaná životnost činila tři roky! Proto zůstala jedenáctka na původní dráze směřující mimo Sluneční soustavu. Pioneer 11 nakonec fungoval až do září 1995, což by k průzkumu Uranu, Neptunu nebo některé z komet bohatě stačilo.

Jeho mise byla formálně ukončena v březnu 1997 ve vzdálenosti 67 AU od Země. Sonda se však i nadále používala pro výcvik pracovníků řízení letů nebo jako kalibrační cíl pro radioteleskopy. NASA kvůli tomu udržovala s maximálním nasazením jeden funkční počítač s děrnými štítky – možná jediný stroj na Zemi, který byl ještě schopen se se sondou „domluvit“. V roce 2000 se však nepodařilo spojení navázat a Pioneer 10 se považoval za ztracený.

Jenže v dubnu 2001 se ozval! Podle všeho selhala palubní rádiová aparatura, přičemž automat po nějakém čase přešel na záložní systém. Poslední použitelná telemetrie byla přijata 2. března 2002, v den třicátého výročí startu, ve vzdálenosti 79,7 AU od Země. Pak se ještě v lednu 2003 (82,1 AU) podařilo zachytit základní nosný signál sondy, ale spojení už nebylo navázáno.

Obě sondy jsou nyní na cestě ke hvězdám. Pioneer 10 proletí v roce 32608 kolem hvězdy Ross 248 (ve vzdálenosti 3,27 světelného roku) a Pioneer 11 čekají tři průlety: v roce 34511 také kolem hvězdy Ross 248 (3,27 světelného roku), v roce 42405 kolem AC+79 3888 (1,65 světelného roku) a konečně v roce 157464 kolem DM+25 3719 (2,46 světleného roku).

  • Zdroj textu:

    Tajemství vesmíru 4/2014

  • Zdroj fotografií: NASA, Wikipedie

Reklama

Další články v sekci

Reklama

Reklama

Aktuální články

Portrét Zodiaka sestavený policejním kreslířem z výpovědi svědků.

Zajímavosti
Věda
Revue

Rocket Lab se dostávají na špici v technologiích malých nosných raket pro vynášení miniaturních satelitů.

Vesmír

Hrdina Iáson přemohl nepřátele, získal zlaté rouno i nehynoucí slávu, ale svou lásku zradil!

Historie

Terejové bílí (Morus bassanus) hnízdí na skalních útesech a zároveň jsou výbornými letci. Který z těchto faktů ovlivňuje tvar jejich vajíček?

Příroda

Nové časopisy Extra Publishing

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