Co přinesla trnitá cesta japonské sondy
Nozomi k Marsu?
„Někdy může přínos
pouti plné překážek nahradit svým významem i nedosažený cíl.“
Právě
dokončuji článek rozebírající nebezpečí kosmické záření pro kosmonauty i automatické
průzkumníky. Obrovským rizikem jsou hlavně pro meziplanetární lety velké
sluneční erupce, při kterých je do kosmického prostoru vyvrženo velké množství
protonů s vysokou energií a intenzita kosmického záření vzrůstá o mnoho
řádů. Přitom jsem si vzpomněl na první japonskou kosmickou výpravu
k planetě Mars. Jednalo se o sondu s původním názvem Planet B, která
posléze dostala jméno Nozomi (česky Naděje). Jednou z hlavních příčin,
které způsobily, že se nakonec nedostala na oběžnou dráhu okolo Marsu a nesplnila
své hlavní úkoly, byla právě velmi silná sluneční erupce. Ta narušila
elektronický systém sondy. Jak už bylo řečeno, sonda se na oběžnou dráhu
okolo Marsu nedostala, ale přesto představuje zajímavý milník ve výzkumu
Sluneční soustavy.
Sonda Nozomi startovala 4. července roku 1998.
Byla určena k výzkumu horní vrstvy atmosféry Marsu a její interakci se
slunečním větrem. Dalším úkolem bylo testování nových technologií určených pro
meziplanetární lety. Byla tak vybavena přístroji pro měření struktury, složení
a pohybu ionosféry, účinky slunečního větru, úniku části atmosféry, magnetické
pole Marsu i slunečního větru a prachu v jeho horní atmosféře.
Příprava sondy Nozomi ke startu (zdroj ISAS JAXA)
Nozomi měla už od začátku velké problémy. Původně měla
dosáhnout Marsu v říjnu roku 1999. Nejdříve se v pořádku dostala na
protáhlou dráhu okolo Země a využila několik průletů kolem Měsíce pro získávání
větší rychlosti. Pak se měla pomocí raketových motorů vydat na dráhu
k Marsu. Ovšem porucha motoru, konkrétně závada na palivovém ventilu,
způsobila, že se nedostala na správnou dráhu. Navíc se spotřebovalo daleko více
paliva, než se předpokládalo. Pracovníci, kteří řídili let sondy, našli řešení
této situace. Nově navržená dráha byla přímo mistrovské dílo vesmírné navigace.
Sonda musela vykonat několik průletů kolem Země a cesta se tak o čtyři roky
protáhla a připomínala pouť ze starořeckých bájí. K Marsu se nakonec sonda
dostala až v prosinci 2003.
Další velký problém způsobila už zmíněná velká erupce
na Slunci. Nastala 21. dubna 2002 a její vysokoenergetické částice vyřadily
napájecí systém sondy. (Není sice úplně vyloučeno, že časová shoda v zasažení
sondy částicemi z erupce a vznikem poruchy jsou náhodné, ale je to velmi
nepravděpodobné.) Na přechodnou dobu byl vyřazen z činnosti hlavní
komunikační systém, záložní naštěstí zůstal v provozu a byl využit pro
uvedení palubní aparatury do vyhovujícího stavu. Elektrický zkrat
v baterii připojené na topné elementy palivového systému způsobil, že
zamrzl hydrazin v palivovém potrubí. Naštěstí se hydrazin při zamrznutí
neroztáhne tak, aby poškodil trubky a po rozmrznutí motory mohly opět pracovat.
Funkci napájecího systému se později podařilo obnovit jen částečně. Dokázal
sice zajistit základní chod sondy a pouze velmi omezené spojení se Zemí. Nebylo
možné vysílání potřebné hustoty dat k Zemi a získávání údajů probíhalo
formou dotazů sondě, na které odpovídala pouze ano či ne. Nebylo možné ani
udržení potřebného tepelného režimu v celé sondě hlavně ve větších
vzdálenostech od Slunce. Ve větší blízkosti od Slunce hydrazin na čas roztál a
mohly být provedeny potřebné korekce dráhy pro následující průletu kolem Země
v prosinci 2002. V červnu 2003 pak sonda využila gravitační pole Země
naposledy a vydala se konečně k Marsu. Se vzdalováním od Slunce palivo
opět zamrzlo. V průběhu dalšího letu byla provedena řada pokusů o obnovení
úplné činnosti napájecího systému pomocí obrovského počtu jeho vypnutí a
opětného zapnutí. Ovšem naděje postupně slábla a slábla. Znovuobnovení provozu se nepodařilo a Nozomi
tak i po největším přiblížení k Marsu 14. prosince 2003 zůstala na heliocentrické oběžné dráze.
Kolem Marsu sonda Nozomi bohužel jen proletěla. (zdroj
ISAS JAXA)
Nebudeme
si zde uvádět všechny přístroje, které byly na palubě sondy. Většina
z nich byla zaměřena hlavně na výzkum v okolí Marsu, takže kromě
jejich testů se bohužel neuplatnily. Podíváme se tak jen na některé z těch,
které mohly zkoumat meziplanetární prostor.
Měření intenzity čar Lyman alfa vodíku (jejich vlnová
délka je 121,6 nm) a deuteria pomocí ultrafialového spektrometru se provádělo
rutinně třikrát v týdnu. Využívala se rotace sondy, která umožnila získat
údaje o rozložení intenzity záření těchto čar z celé oblohy a její změny
v průběhu několika let aktivní činnosti sondy. To umožnilo analýzu
rozložení neutrálního vodíku, jeho pohybu a časových změn těchto veličin. Data
byla srovnávána s výsledky přístrojů sondy SOHO, která také měřila pozadí
záření čar Lyman alfa. Zdroj vodíku
pochází z velké části z mezihvězdného prostředí a jeho pozorováním
můžeme určovat pohyb „mezihvězdného větru“ nebo pohyb Sluneční soustavy vůči
němu.
Ultrafialový spektrometr umožňoval měřit i čáry
kyslíku a různě ionizovaných molekul CO. Uplatnění měření v této oblasti
však bylo plánováno pro neuskutečněný pobyt na dráze okolo Marsu. Měla se
studovat struktura a vývoj marťanské atmosféry, hlavně ionosféry a její
interakce se slunečním větrem. Určování poměru mezi množstvím různých izotopů
vodíku pak mělo přispět k poznání historie přítomnosti vod na Marsu.
Velice přínosné však byla zkoumání iontů helia v zemské ionosféře pomocí
jeho čar měřených druhým spektrometrem pracujícím v daleké ultrafialové
oblasti.
Dalším přístrojem, který přinesl cenná data, byl
monitor částic slunečního větru. Ten využíval 200 μm tlustou křemíkovou
fotodiodu k detekci částic s vysokou energií, která byla citlivá
nejen pro ionty ale také pro elektrony. Jak už bylo uvedeno, byla sonda
v průběhu svého dlouhého pobytu v prostoru mezi drahou Země a Marsu
v letech 1998 až 2002 několikrát zasažena i velmi silnými slunečními
erupcemi. Při zmíněné erupci z dubna roku 2002 byl po šest hodin překročen
maximální počet částic za časovou jednotku měřitelný tímto přístrojem. Spolu
s ostatními sondami, které v té době také byly v meziplanetárním
prostoru, tak umožnila získat řadu nových informací o transportu částic
Sluneční soustavou. Takové znalosti jsou klíčové pro naše další cesty na Mars,
hlavně pak pro případnou expedici s lidskou posádkou.
Snímek kráteru Tsiolkovskij, který pořídila sonda
Nozomi (zdroj ISAS JAXA)
Detektor
prachových částic byl původně určen ke studiu prachového prstence, jehož výskyt
se předpokládá podél oběžné dráhy měsíce Marsu Phobos. Bylo jej však možné
využívat i pro detekci částic prachu vyskytujícího se v meziplanetárním
prostoru. U prachových částic se měřily náboj, hmotnost, rychlost a směr letu a
časové variace jejich výskytu. První dopad částice detekoval 13. července 1998.
Dne 18 listopadu 1998 Nozomi křižovala dráhu meteorického roje Leonid. Ovšem
rozbor směru příletu dvou v té době zaznamenaných prachových částic jejich
příslušnost k tomuto roji nepotvrdil. Již během prvního roku letu bylo
zaznamenáno více než čtyřicet částic a z nich byly nejméně tři
mezihvězdného původu. Celkový počet proměřených částeček za dobu aktivní
činnosti překročil stovku.
I z tohoto neúplného výčtu lze vidět, že se
podařilo získat řadu vědeckých údajů o vlastnostech meziplanetárního prostředí
a vývoji „slunečního počasí“. Ovšem nejzajímavější poznatky se týkaly problémů
kolem navigace sondy a využití gravitačních polí různých těles pro efektivnější
cestování mezi planetami. Publikace výsledků sondy v této oblasti jsou
těmi nejdůležitějšími. Testy jednotlivých přístrojů v blízkosti Země
umožnily ohodnotit jejich konstrukci a vlastnosti. Kamera sondy například
pořídila pěkné záběry Měsíce při průletu v jeho blízkosti. Obrovské
zkušenosti se získaly také při dlouhodobé práci s těžce poškozenou sondou.
Analýza problémů vzniklých při sluneční erupci možná přispěje k vylepšení
odolnosti následujících kosmických aparátů. Přínos sondy Nozomi tak není malý,
i když se ji nepodařilo splnit klíčový úkol. Její epopej určitě stojí za
připomenutí přesto, že bohužel neměla šťastný konec.
Vladimír Wagner
ÚJF AVČR Řež a FJFI
ČVUT Praha
E_mail: wagner@ujf.cas.cz
WWW: http://hp.ujf.cas.cz/~wagner/
