Voyager 1 a 2: Velká cesta Sluneční soustavou, příprava na cestu (část 1.)

05.07.2015 - Tomáš Přibyl

Pokud by se hlasovalo o nejslavnější meziplanetární sondy historie, bezesporu by se americké Voyagery umístily „na bedně“. A kdo ví, možná by si za svoji úžasnou cestu kolem vnějších planet naší Sluneční soustavy odnesly i zlatou


Reklama

Projekt Voyager přitom původně začal úplně jinak, než jak si jej historie pamatuje: mělo jít o rozměrné moduly určené k přistání na Marsu. Pozvednout oponu nad tajemstvími vnější části Sluneční soustavy pak bylo úkolem pro sondy Navigator, jež měly nejdříve zamířit k planetkám a při troše štěstí pak i k vnějším planetám. Mělo jít o velmi flexibilní stroje, které mohly nést dokonce výsadkové moduly pro zkoumání atmosfér planet. Počítalo se s tím, že je vynese superraketa Saturn V, a na svoji dobu uvažovali konstruktéři o velmi revolučních novinkách: například o radioizotopových generátorech energie nebo o iontových motorech. Kvůli velkým nákladům ale oba projekty – Voyager i Navigator – zašly na úbytě.

Pokračování seriálu: O Velké cestě sondy Voyager 1

Revoluce, které si nikdo nevšiml

V roce 1965 proběhla v meziplanetárních letech revoluce, kterou málokdo zaregistroval, přestože změnila dějiny kosmonautiky jako málokterá jiná událost. Nedošlo k ní přitom při žádné misi, ale u počítače. Matematici v Laboratoři tryskových pohonů v Pasadeně totiž zjistili, že po průletu u planety Venuše mohou meziplanetární sondu velmi snadno nasměrovat k Merkuru. Sonda by tedy Venuši použila jako „gravitační prak“. Do té doby něco takového nikoho nenapadlo – vždy se kalkulovalo s přímým letem k cílovému tělesu.

Abychom si udělali představu, jakou revoluci tento objev znamenal: kdybychom poslali sondu ze Země přímo k Neptunu, letěla by třicet let. Průletem u Jupitera se ale tato doba zkrátila na deset let. Cesta k Plutu by trvala 45 let, ovšem se „zastávkou“ u Jupitera by ji bylo možné stihnout za devět let! Dosud nedostupné končiny Sluneční soustavy se nám náhle přiblížily…

Kosmický kulečník

Rozpracovat možnosti „kosmického biliáru“ u vnějších planet dostal v Pasadeně za úkol matematik Gary Flandro. A zjistil překvapivou věc: ve druhé polovině 70. let mělo nastat mimořádně příhodné údobí, kdy bylo možné uskutečnit průlety u několika vnějších planet v řadě! Takto příhodné postavení se přitom mělo znovu opakovat až za 170 let!

Flandro okamžitě rozpracoval tři varianty cesty. První byla nazvána JSP (podle prvních písmen navštívených planet Jupiter, Saturn a Pluto) a počítala se startem sondy v létě 1977, přičemž k průletu u Pluta by došlo v roce 1986. Druhá počítala s trajektorií JSUN (kromě návštěvy Jupitera a Saturnu i s průletem kolem Uranu a Neptunu) a využívala by stejné startovací okno. Třetí měla vzlet v roce 1979 a dostala název JUN.

Šlo o základní varianty, kromě nichž ovšem existovalo ještě několik možností na vypuštění dalších sond do poloviny 80. let. K jejich detailnějšímu rozpracování však nedošlo, protože byly energeticky náročnější – při použití stejných raket by tedy sondy byly výrazně menší. A pro úplnost: do poloviny 90. let existovaly i další možnosti letu, které počítaly s průletem u Jupitera, ale následně vždy jen s jednou planetou za ním.

Směrem do neznáma

Výhoda trajektorií JSP a JUN spočívala v tom, že byly poměrně rychlé: přece jen hovoříme o 60. letech, kdy sonda fungující několik měsíců představovala zázrak techniky a několik let její životnosti se jevilo jako vystřiženo z říše sci-fi. Panovaly tedy velké obavy, zda bude v silách konstruktérů vytvořit sondu schopnou pracovat dostatečně dlouhou dobu.

Scénář JSUN patřil svým způsobem k outsiderům, protože předpokládal dvanáctileté fungování sondy a navíc i těsný průlet kolem prstence A u planety Saturn, kde přitom hrozilo velké riziko poškození automatu. Flandro své výsledky prezentoval řediteli laboratoře Homeru Stewartovi, který se pro jeho nápad nadchnul a okamžitě jej překřtil na Grand Tour of the Outer Solar System (Velká cesta vnější částí Sluneční soustavy). Také díky němu se v roce 1968 začalo plánem na využití jedinečné konstelace planet zabývat vedení NASA.

Souběžně se řešila otázka nosné rakety. V úvahu připadali dva kandidáti: raketa Titan III s horním stupněm Centaur a s doplňujícím urychlovacím motorem na tuhé látky nebo raketa označovaná jako Intermediate 20, která by využívala první a třetí stupeň ze Saturnu V, na nichž by byl opět stupeň Centaur a také menší urychlovací motor. Titan III měl mít nosnost 700 kg, Intermediate až 4 300 kg –což by umožnilo vypustit dvě sondy společně.

S ohledem na technické aspekty nakonec NASA zvolila konstrukci sondy označovanou jako TOPS (Thermoelectric Outer Planet Spacecraft). Ta měla nést 90 kg přístrojů a hlavní anténu měla rozkládací podobně jako deštník: aby se vešla pod aerodynamický kryt rakety, ale aby mohla zároveň předávat co nejvíce dat. Plánovalo se také použití nového autodiagnostického počítače STAR (Self-Testing and Repair), přičemž mělo jít vlastně o trojici počítačů, které by pracovaly nezávisle na sobě s tím, že kdyby jeden dodával odlišné výsledky, měly ho zbývající dva „přehlasovat“.

NASA počítala se dvěma páry sond: první se měl v roce 1977 vydat na dráhu JSP, druhý o dva roky později na dráhu JUN.

Na popravčím špalku

NASA si uvědomovala unikátní příležitost, a tak koncem 60. let začala požadovat realizaci testovací mise v roce 1974 nebo 1975, tedy mise, která měla ověřit vyvíjené nové technologie v ostrých podmínkách. V březnu 1970 zmínil program průzkumu vnějších planet jako jednu z priorit americké kosmonautiky i Richard Nixon a zdálo se, že Velkou cestu nemůže už nic zastavit. Jenže… Vědecká komunita v USA nebyla jednotná a astronomové začali tvrdě bojovat za satelitní dalekohled Large Telescope (z nějž se nakonec vyvinul Hubbleův kosmický teleskop). Když pak náklady na sondy TOPS docela nepatrně narostly, slavili astronomové úspěch a v prosinci 1971 se jim skutečně podařilo Velkou cestu zastavit.

NASA byla zaskočena, ale nemínila unikátní výpravu vzdát bez boje. Pouhých šest týdnů po zrušení se v únoru ocitl na stole návrh jednodušších sond MSJ (Mariner Jupiter Saturn), které měly dosahovat jen třetinových nákladů projektu TOPS, tedy 360 milionů dolarů. Nepřicházely s ničím revolučním, jen v maximální možné míře využívaly existující technologie. Už v červenci 1972 bylo ze 77 předložených návrhů vybráno devět experimentů pro sondy, k nimž se o dva roky později přidal desátý, jenž ale využíval existující hardware, a tudíž nezvyšoval hmotnost sond.

V prosinci 1973 prolétla kolem Jupitera sonda Pioneer 10 a ohlásila, že radiace u planety je tisíckrát silnější, než se očekávalo. Konstruktéři se vrhli k rýsovacím prknům a zvýšili na maximální dosažitelnou míru odolnost jednotlivých prvků sond. Nezaháleli ani matematici, kteří studovali přes deset tisíc možných trajektorií letu. Nešlo při nich však jen o průlet u velkých planet, ale také o jeho přesné načasování: třeba o osvětlení jednotlivých těles (planet a měsíců) slunečním zářením, nutnost změnit orientaci sondy v průběhu průletů (výpadky v komunikaci nebo předávání dat) či přibližování k jednotlivým měsícům. Úkol byl přitom jasný: co nejvíce se přiblížit k měsícům Io (Jupiter) a Titan (Saturn). Počítalo se, že první z nich si na svá bedra vezme jedna sonda, druhý druhá. Což ale znamenalo, že obě sondy navštíví pouze Jupiter a Saturn a na průzkum dalších planet bude možné zapomenout.

V roce 1974 však byla objevena trajektorie, která umožňovala navštívit oba měsíce s pomocí jedné sondy: před druhou se tak otevřela atraktivní cesta JSUN. Ve stejném roce pak došlo k přejmenování sond, které byly dosud označovány Mariner 11 a 12. Pracovníci NASA (veřejnost do výběru zapojena nebyla) předpokládali návrhy jako Nomad, Pilgrim nebo Planet Trek. Nakonec zvítězil a do historie vstoupil Voyager.

Seznamte se: Voyager

Základní tělo sond mělo tvar desetistěnu o průměru 188 cm a výšce 47 cm. Uvnitř byla umístěna většina přístrojů, což usnadňovalo jejich tepelnou regulaci – a navíc tak byly chráněny před mikrometeority či radiací. Ve středu těla sondy byla umístěna nádrž o průměru 71 cm, obsahující 104 kg hydrazinu, tedy množství, které teoreticky stačilo na změnu rychlosti sondy o 190 m/s. Šlo ale jen o teorii, protože palivo se využívalo k tříosé stabilizaci sondy. Tato technika (na rozdíl od stabilizace rotací) znamenala vyšší spotřebu pohonných látek, ale zároveň lepší orientaci a větší pružnost při snímkování. Zajímavostí je, že před průletem u každé planety provedl Voyager několik otoček o 360° ve všech osách, čímž vlastně „vyčistil“ své okolí, a sbíraná data tak nebyla zkreslena okolním znečištěním. Každá sonda nesla šestnáct motorů s tahem po 0,89 N.

Na hlavním těle automatu se nacházela anténa o průměru 3,66 m, která umožňovala komunikaci v pásmu S (2,3 GHz) a X (8,4 GHz). Jenže během vývoje se nedařilo některé komponenty pro komunikační systém v pásmu X vyvinout. Začalo se proto vážně uvažovat o startu jen s aparaturou komunikující v pásmu S, což by sice nevadilo při průzkumu Jupitera, ale dramaticky by to snižovalo množství dat vysílaných od Saturnu a zcela by to vylučovalo provedení vědeckého programu u dalších planet. 

Zbýval rok do startu, když se konečně podařilo učinit několik zásadních průlomů a techniku vyvinout. Protože však šlo o nové a nedostatečně otestované komponenty, počítalo se s možným selháním pásma X. Proto NASA vyvinula speciální algoritmus umožňující částečná nebo poškozená data opravovat. Ten nakonec své využití našel: v pásmu X šlapal systém jako hodinky, ale algoritmus byl využit pro zvýšení objemu dat získaných u Neptunu a Uranu.

Ramena a mozek 

Voyager nesl trio výklopných ramen: jedno obsahovalo radioizotopové generátory s 39 kg plutonia, což sondě zajišťovalo 450 W elektrické energie při startu. Jen pro srovnání: v nových generátorech ASRG (NASA je bude mít k dispozici v roce 2016) budou pro zajištění stejného množství energie stačit pouhé 3 kg plutonia!

 „Mozek“ sondy tvořily tři počítače, které měly třetinu paměti přeprogramovatelnou. Tato nesmírně důležitá vlastnost (a ve své době u sond velmi neobvyklá) umožňovala operativní změny plánu. Kromě toho nesl Voyager celkem deset přístrojů o hmotnosti 115 kg, celková hmotnost sondy při startu pak činila 825 kg.

K sondě byla rovněž připevněna pozlacená měděná deska o průměru 30 cm, která zachycovala ve srozumitelném matematicko-fyzikálním kódu pozdravy v 55 jazycích, což reprezentovalo 87 % světové populace. Kromě toho nesla deska ukázky hudby, zvuky Země či vzkazy významných osobností.

Konečně na cestě

Počátkem roku 1977 dorazily na mys Canaveral tři identické sondy s výrobními čísly VGR77-1 až 3. Zatím nebylo jasné, která poletí: všechny tři byly rovnocenné a mohly se vydat do vesmíru. Dvě měly letět, třetí měla zůstat na Zemi pro testy nebo pro předstartovní kanibalizaci součástek v případě, že by se vyskytly nějaké problémy.

K letu byly nakonec vybrány exempláře VGR77-2 a 3. První z nich měl startovat v srpnu 1977 na dráhu JSUN, ale počátkem měsíce se u něj objevil problém s počítačem. Protože s „jedničkou“ v tu chvíli už nikdo nepočítal, byly oba letové exempláře zaměněny, aby měli technici více času na opravu. VGR77-3 tak 20. srpna 1977 odstartoval jako Voyager 2. Číslo dva bylo vybráno záměrně, protože NASA se rozhodla označit oba automaty podle toho, v jakém pořadí dorazí k Jupiteru. A Voyager 1 (start 5. září 1977) alias VGR77-2 letící po trajektorii JS skutečně na první rande u planety Jupiter dorazil dříve. Poté navštívil i Saturn, přičemž tuto trasu zopakovala i „dvojka“ a navíc k ní přidala ještě návštěvu Uranu a Neptunu. Dosud je tak jedinou umělou sondou, která si tyto planety prohlédla zblízka – a vypadá to, že pár desítek let jí i zůstane. 

Pokračování seriálu: O Velké cestě sondy Voyager 1

  • Zdroj textu:

    Tajemství vesmíru 6/2013

  • Zdroj fotografií: NASA

Reklama

Další články v sekci

Reklama

Reklama

Aktuální články

Jedním z velkých problémů trofejního lovu je fakt, že lovcům jde o velikost trofeje. K lovu jsou vybírány největší kusy, které mají nenahraditelnou genetickou hodnotu.

Příroda
Zajímavosti

Pilát Ponský ukazuje Ježíše davům na obrazu Ecce Homo od Antonia Ciseriho

Historie

Australský badatel Mark Meekan se žralokem obrovským

Věda

Zborcená a protažená galaxie NGC 7714 ze souhvězdí Ryb, po srážce s galaxií NGC 7715. Ve výřezu výtrysk z jádra galaxie TXS 2116−077 v infračerveném spektru.

Vesmír

Renault FT-17 představoval nejpokrokovější konstrukci prvoválečných tanků

Válka

Nové časopisy Extra Publishing

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