Americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) nedávno zveřejnil svůj plán průzkumu sluneční soustavy automatickými sondami v příštích dvaceti letech. Víme tedy, jakým směrem se bude americký a světový meziplanetární průzkum ubírat?
Tady by mohl být život!
Za „vlajkové lodě“ celého amerického plánu považují odborníci velké a komplexní výpravy. Z nich je jako projekt s nejvyšší prioritou označována sonda Europa Explorer, která by měla podrobně prozkoumat stejnojmenný měsíc planety Jupiter. Ten je totiž nesmírně zajímavým tělesem už proto, že bývá považován za jedno z nejpříhodnějších míst pro vznik života v naší sluneční soustavě.
Europa Explorer by měl startovat v roce 2015, o šest let později přiletí k Jupiteru, přičemž sérií manévrů se má stát umělou družicí měsíce Europa. Pokud by měl být tento časový rozpis dodržen, musí být na misi již letos uvolněno 50 milionů dolarů a v roce příštím roce už 100 milionů dolarů (jen za tyto dva roky cca 3,5 miliardy korun, za něž by se u nás postavilo například asi 15 km dálnice).
S balonem na měsíci
V roce 2021 by měla na sedmiletou pouť vesmírem vzlétnout další „vlajková“ mise, pojmenovaná Titan Explorer. Pro tu se v poslední době, kvůli nejnovějším poznatkům o měsíci Enceladus, dalším souputníku planety Saturn, začíná čím dál častěji používat název Titan/Enceladus Explorer.
Projekt Titan Explorer předpokládá vysazení balónové sondy do atmosféry měsíce Titan. Mělo by jít o montgolfiéru (balon plněný horkým vzduchem), která bude k překonávání velkých vzdáleností nad planetou využívat rozdílné síly větru v různých výškách. Balón by měl také přistát na povrchu měsíce a odebrat zde vzorky k analýze v palubní laboratoři. Létat má zhruba jeden rok.
Vědci dokonce zvažují i vysazení plavidla na oceány tekutého metanu, jejichž existence byla v samém závěru roku 2006 potvrzena sondou Cassini.
Cesta do pekla Venuše
Pochopení planety Venuše může být klíčem k pochopení mnoha zákonitostí zde na Zemi. Dosud třeba není jasné, jakým mechanismem a kdy přesně se z ní stalo to, čím je dnes, tedy planetou s až neskutečně nehostinnou atmosférou. Povrchová teplota na Venuši dosahuje 480 stupňů a prší zde kyselina sírová. Tlak na jejím povrchu je 90 barů (67 506 torrů – normální tlak vzduchu na Zemi je 760 torrů), což je asi jako 1 km pod hladinou moře
Proto má být právě Venuše cílem další meziplanetární sondy Venus Mobile Explorer. Mělo by se tak stát kolem roku 2025, kdy mobilní sonda bude mít za cíl na Venuši opakovaně vzlétnout a přistát. Její životnost ale bude velmi krátká, několik dnů nebo maximálně týdnů. Dosud nejodolnější stanice dokázaly na Venuši přežít jen několik hodin.
Nejspíš proto má NASA v plánu poslat automat hned na několik různých míst. Kdyby se pohyboval po povrchu, urazil by do okamžiku zničení jen zanedbatelnou vzdálenost desítek nebo stovek metrů.
Až podle výsledků…
Výše uvedená trojice sond je považována americkými odborníky za klíčové. Na základě jimi získaných výsledků se pak má rozhodovat o dalších velkých sondách. Kolem roku 2030 bude uskutečněna buď výprava Europa Astrobiology Lander nebo Neptun-Triton Explorer.
Mise Europa Astrobiology Lander by proběhla v případě, že by sonda Europa Explorer prokázala oprávněnost takovéto cesty, tedy kdyby se měsíc Europa ukázal být opravdu mimořádně zajímavým. Má představovat přistávací modul, který by dosedl do předem stanovené oblasti Europy.
Naproti tomu Neptun-Trition Explorer by byl automat, směřující k planetě Neptun (průměrná vzdálenost Neptunu od Slunce je více než 30násobek vzdálenosti Země – Slunce). Skládal by se z hlavní orbitální sondy, výsadkového modulu pro zkoumání atmosféry Neptunu a možná i přistávacího stupně pro dosednutí na jeho největší měsíc Triton.
Kontejner musí přestupovat!
Do budoucna jsou zvažovány i další velké sondy, například Comet Cryogenic Nucleus Sample Return. Ta by měla odebrat ledové a organické vzorky z některé relativně mladé a chladné komety. Mise bude náročná na setkání, protože mladá kometa má nestabilizovanou dráhu. Ani uchování vzorků v podchlazeném stavu až do okamžiku dodávky do laboratoří nebude vůbec jednoduché.
Opravdovým oříškem pak může být projekt Venus Sample Return, odběr vzorků horniny z Venuše. Následoval by po odběru vzorků z Marsu a po předchozí výpravě Venus Mobile Explorer.
Největším problémem této mise nejspíš nebude ani tak agresivní prostředí Venuše, ale energetické nároky takové mise. Těžko se totiž podaří vyslat vzorky z povrchu na oběžnou dráhu Venuše, protože kontejner s nimi bude muset cestou „přestupovat“.
Předpokládá se, že první stupeň jej dopraví do určité výšky, kde bude nejspíše čekat balón. A teprve odtud bude pokračovat ostrý start do vesmíru. Tady pak nejspíše vzorky horniny znovu „přestoupí“ a vydají se konečně směrem k Zemi.
Jako výzvědná družice
Vedle těch velkých jsou však naplánovány a rozjety i mise střední kategorie, New Horizons (nové obzory). Sonda Pluto-Kupier Belt už je od loňského ledna na cestě (doletí v roce 2015), na vývoji Juno se pilně pracuje.
Cílem Juna (start do roku 2010) bude planeta Jupiter, na jejíž polární oběžnou dráhu se usadí někdy kolem roku 2020. Polární dráha, na níž sonda při každém obletu planety přelétá nad jejím severním i jižním pólem, je pro její práci nejvýhodnější. Je to totiž jediná oběžné dráha, z níž je možné studovat celou planetu bez omezení. Právě proto ji například na Zemi používají výzvědné družice.
Juno má sledovat atmosféru Jupitera (její strukturu i dynamiku), původ planety, magnetosféru… Zajímavé je, že energii budou sondě dodávat panely slunečních baterií, neboť takto hluboko ve vesmíru (zhruba pětkrát dál od Slunce než je Země) se dosud jako zdroj energie používaly vždy pouze jaderné generátory.
Výjimka potvrzující pravidlo!
Projekt Juno přitom vyhrál v konkurzu nad jiným návrhem, sondou South Pole Aitken Basin. Nicméně odborníci v NASA se shodují, že i ta přijde brzy na řadu. Překvapivé je, že jejím cílem se má stát Měsíc, který má ale jinak svůj vlastní „harmonogram“ i rozpočet. Nicméně cíle této sondy jsou natolik klíčové pro pochopení fungování sluneční soustavy, že se stala výjimkou potvrzující pravidlo.
Půjde vlastně o dvojsondu, tedy dva identické přistávací moduly, aby se tak snížilo riziko nezdaru. Dosednou v oblasti jižního lunárního pólu, kde odeberou přibližně dva kilogramy vzorků a vrátí se s nimi na Zemi.
Předskokani
K již několikrát zmíněné Venuši se do roku 2010 vydá Venus In Site Explorer. Má jít o balónovou sondu, která opakovaně sestoupí na povrch planety, odebere zde vzorky a v přijatelnějších podmínkách větší výšky je pak analyzuje. Měla by to být jakási předehra pro získání základních informací před vysláním „vlajkové“ sondy Venus Mobile Explorer.
Podobně by pro sondu Comet Cryogenic Nucleus Sample Return měla dělat „předskokana“ a získat zkušenosti stanice Comet Surface Sample Return z kategorie „nové obzory“. Ta má z nějaké příhodné komety odebrat vzorky a dopravit je na Zemi.
Proč se neletí k Jupiteru?
Atmosféra planety Saturn se zas má stát terčem zájmu další sondy ze série „nové obzory“, Saturn Flyby with Shallow Probes. Skládat se má z velkého průletového modulu a několika menších sond, které proniknou do hustých vrstev atmosféry planety a než budou zničeny, provedou zde měření.
NASA původně chtěla provést takovýto průzkum u Jupitera, ale nakonec „zvítězil“ Saturn. Důvodem pro takové rozhodnutí bylo zejména to, že materiály, z nichž byla vyrobena předchozí sonda do atmosféry Jupitera z roku 1995, již nejsou k dispozici! Měly totiž tak omezené použití, že je už americké firmy nevyrábějí a výrobní linky i postupy nejsou k dispozici. Nový materiál by si tak vyžádal nový (nákladný) vývoj téměř od nuly. Proto je jednodušší poslat sondu k Saturnu, pro níž jsou technologie dostupné.
Malé, ale šikovné
Meziplanetární Sondy programu Discovery jsou zpravidla jednoúčelové, což ale paradoxně znásobuje jejich možnosti. V případě obřích sond je totiž nutné hledat kompromis mezi potřebami jednotlivých přístrojů, aby se navzájem nerušily, měly optimální pozorovací podmínky apod. Naproti tomu u Discovery je možné podřídit celou misi jedinému úkolu.
Dnes jsou ve vesmíru tři funkční sondy z této řady: Deep Impact, Stardust a MESSENGER. Přičemž prvně dvě jmenované už své úkoly splnily, a teď provádějí už jen výzkumy „nad plán“.
Na letošní červen se pak chystá start další sondy Dawn. Ta má v říjnu roku 2011 dorazit k asteroidu Vesta a přejít na jeho oběžnou dráhu. Po sedmi měsících se sonda v květnu 2012 odpoutá a zamíří k asteroidu Ceres, kam dorazí v srpnu roku 2015 a zůstane u něj 5 měsíců. Mise bude ukončena v lednu 2016
Někdy v průběhu letošního roku se pak má rozhodnout mezi třemi kandidáty, ze kterých bude k realizaci vybrána jedna mise:
OSIRIS (Origins Spectral Interpretation, Resource Identification and Security) – odběr vzorku z povrchu asteroidu Osiris a jeho doprava na Zemi.
Vesper – sonda zaměřená na průzkum chemického složení a dynamiky atmosféry Venuše.
GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) – družice Měsíce, která má detailně mapovat jeho gravitační pole (přesné zjištění vlastností jeho nitra).
Uvedený přehled nezachycuje mise k Měsíci či Marsu, jež mají, vzhledem ke svému výsadnímu postavení, vlastní „jízdní řády“.
Tři kategorie misí
NASA počítá ve svých plánech s celkem třemi kategoriemi meziplanetárních sond.
Flagship (vlajková loď) – velké a komplexní sondy. Jejich hlavní úkol by se dal charakterizovat slovy „mění náš pohled na svět“, neboť nezkoumají nějaký izolovaný fenomén, ale provádějí průzkum v širších souvislostech. Jen komplexní stanice umožňují revoluční a velké objevy, menší je mohou pouze doplňovat. Vzhledem k ohromné technické i finanční náročnosti není reálné připravit více než jednu misi za pět let. Celkem by měla NASA do roku 2030 vypustit pět „vlajkových lodí“.
New Horizons (nové obzory) – jsou sondy jednodušší a jednostranněji orientované, nicméně stále ještě nám mohou přinést poměrně ucelený obraz zkoumaného problému. Mohou také připravit půdu pro „vlajkové lodě“. Předpokládá se realizace dvou až čtyř startů za desetiletí.
Discovery (objev) – jedná se o malé jednoúčelové mise, zpravidla určené k průzkumu asteroidů, komet, průletům kolem nebeských těles nebo odběru vzorků. Výhodou těchto misí je, že jsou velmi flexibilní – dají se nachystat během tří let.
5 základních otázek,
které chce NASA meziplanetárními sondami řešit
1. Jaký je původ sluneční rodiny planet a dalších těles?
2. Jak a proč se sluneční systém vyvinul do současné rozmanité podoby?
3. Jaké jsou charakteristiky sluneční soustavy, které vedly ke vzniku života?
4. Jak se začal život vyvíjet na Zemi a je ještě někde ve sluneční soustavě?
5. Jaká jsou nebezpečí a zdroje sluneční soustavy, které budou limitovat lidskou přítomnost ve vesmíru?
Sondy Discovery
NEAR
Start: únor 1996
Dlouhodobě zkoumala asteroid Eros z jeho bezprostřední blízkosti. Mise vyvrcholila přistáním na povrchu tělesa. Tento manévr ale proběhl „nad plán“, protože sonda k němu nebyla uzpůsobena.
Mars Pathfinder
Start: prosinec 1996
Úspěšné přistání na planetě Mars v červenci 1997. V blízkosti statické sondy Pathfinder (fungovala tři měsíce) najezdilo autonomní vozidlo Sojourner přes sto metrů.
Lunar Prospector
Start: leden 1998
Jejím úkolem bylo mapování zdrojů Měsíce. Mise byla v červenci 1999 zakončena řízeným dopadem na jeho povrch.
Stardust
Start: únor 1999
Odebrala částečky kometárního a mezihvězdného prachu. Její návratové pouzdro přistálo zpět na Zemi v lednu 2006. Hlavní část sondy ovšem zůstala ve vesmíru a je použitelná pro další úkoly.
Genesis
Start: srpen 2001
Do speciálních lapačů se snažila získat částice hmoty vyvrhované Sluncem. Návrat na Zemi v září 2004 se příliš nevydařil – vadné čidlo nevydalo příkaz k vypuštění padáku a modul tvrdě dopadl na zemský povrch. Většinu vzorků se ale podařilo zachránit.
CONTOUR
Start: červenec 2002
Měla postupně navštívit tři komety, ale její let skončil poté, co měsíc po startu vybuchl její urychlovací motor při pokusu o navedení na meziplanetární dráhu. Dodnes je to jediná skutečně neúspěšná mise programu Discovery.
MESSENGER
Start: srpen 2004
Letí k planetě Merkur a v roce 2011 se stane jeho umělou družicí.
Deep Impact
Start: leden 2005
V červenci 2005 se rozdělila na dvě části. Pozorovací část následně monitorovala dopad téměř půltunového projektilu na povrch komety Tempel-1. Díky tomu jsme poprvé získali možnost podrobněji prozkoumat tak zajímavá tělesa, jakými komety bezesporu jsou. Hlavní část sondy pokračuje v letu a plánuje se její další využití.
Dawn
Start: plánován na červen 2007
Sonda byla pro překročení rozpočtu nejprve zrušena, ale NASA ji pod tlakem veřejnost obnovila. Jejím cílem bude návštěva nejméně dvou asteroidů.
Kepler
Start: plánován na červen 2008
Sonda sice zůstane kroužit kolem Země, ale jejím hlavním úkolem bude pátrání po planetách kolem 100 000 blízkých hvězd.
Odsouzené obří sondy
NASA před několika lety zcela vážně zpracovávala vizi vytvoření čtyř gigantických meziplanetárních sond. Každá by měla hmotnost desítek tun, přičemž její cena by se pohybovala kolem deseti miliard dolarů (což je zhruba stejně, na kolik vyšel vývoj raketoplánů nebo kolik je rozpočet NASA na meziplanetární lety po dobu jedné dekády).
Nakonec byly tyto plány zredukovány a zůstala z nich jen sonda JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter), s jejímž startem se počítalo kolem roku 2017. Ta měla po pěti- až osmiletém přeletu zakotvit u Jupitera a postupně se měla stát umělou družicí měsíců Ganymede, Callisto a Europa. Na oběžné dráze každého z nich měla pracovat cca třicet dní.
Ačkoliv byly v roce 2004 na program vyčleněné první finanční prostředky, NASA se jej krátce poté rozhodla ukončit, vzhledem k orientaci na pilotované lety.
Rande s Plutem
V lednu 2006 se vydala do vesmíru historicky první sonda k Plutu (tehdy ještě planetě). Vědci na vypuštění této sondy poměrně naléhali a různé náznaky toho, že by mohla být škrtnuta z rozpočtu NASA, se setkaly s velkým odporem. Důvodů bylo několik, mj. unikátnost Pluta a také fakt, že kolem roku 2020 jeho atmosféra na téměř 200 let zmrzne, takže ji nebude možné zkoumat tak dobře jako když je v plynném stavu.
Sonda Pluto-Kuiper Belt by toto datum měla stihnout. Své „rande“ s Plutem má naplánováno na červenec 2015. Vzhledem k tomu, že je pouze průletová, bude vlastní průzkum probíhat jen několik hodin. Sonda ale bude pokračovat v dalším letu a měla by navštívit ještě jedno až dvě tělesa v Kuiperově pásu za hranicemi naší sluneční soustavy.
Zajímavé měsíce velkých planet
Europa – měsíc planety Jupiter – V mnohém se podobá Zemi, třeba svým povrchem, který připomíná ledovou kůru zamrzlých severních pozemských oceánů. Naše dosavadní znalosti o Europě naznačují, že její povrch tvoří zmrzlá voda, která je ale nejspíše od určité hloubky tekutá. Některé modely napovídají, že svrchní zmrzlá skořápka je místy tenká jen 5 kilometrů.
Titan – tento měsíc planety Saturn (poloměr 2575 km – např. vzdálenost Praha-Ankara) je větší než planeta Merkur (poloměr 2440 km) a skoro stejně velký jako Mars (poloměr 3390 km). Je složen z velké části z vodního ledu. Atmosféra je převážně z metanu, který ale ultrafialové záření v nižších vrstvách atmosféry rozkládá na organické sloučeniny nebo na etan. V roce 2006 prokázala sonda Cassini, že na Titanu existují velká jezera kapalného metanu. Titan je jediný měsíc (kromě našeho Měsíce) ve sluneční soustavě, na kterém přistál lidmi vyrobený automat – v lednu 2005 evropská sonda Huygens.
Enceladus – měsíc planety Saturn – nejjasnější měsíc ve sluneční soustavě, který odráží 90 procent světla. Jeho povrch je zvláštní, neboť kromě míst posetých krátery na něm najdeme i oblasti, které jsou zvrásněné a zvlněné jako při pohybech a tavení ledové kůry. Nejspíše jde o stopy vnitřní aktivity měsíce. Výzkumy sondy Cassini zde odhalily přítomnost vodních par.
Triton – měsíc planety Neptun s extrémně tenkou (jen několik kilometrů!) atmosférou, tvořenou mraky zmrzlých krystalků dusíku. Díky tomu zde atmosférický tlak představuje jen jednu sedmdesátitisícinu tlaku pozemského. Triton je jediným velkým měsícem v naší sluneční soustavě, který nerotuje na stejnou stranu jako jeho mateřská planeta. Díky této odlišné rotaci a vysoké hustotě (není tedy asi tvořen ledem) byl Triton nejspíše zachycen gravitačním polem Neptuna, když prolétal vesmírem. Z toho důvodu může být extrémně zajímavým poslem z hlubin vesmíru.
