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

Příchod bělochů znamenal pro indiány šok. Hernán Cortés dobývá Tenochtitlán, hlavní město Aztéků.

Zajímavosti

Počty amerických a kanadských opeřenců se rychle ztenčují.

Věda
Reklama
Revue

Poslední zbytky horských deštných pralesů Sierra Madre v Guatemale a Mexiku jsou domovem mnoha kriticky ohrožených druhů živočichů a rostlin, mezi nimi i guanů horských.

Příroda

Analema složená ze snímků pořízených během roku 2015 ve městě Sulmona ve střední Itálii. Nejvyšší bod „osmičky“ tvoří sluneční kotouč zachycený 21. června, v den letního slunovratu, nejnižší pak 21. prosince, tedy na zimní slunovrat

Vesmír

Nové časopisy Extra Publishing

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