Evropa míří na Měsíc

27 Dub

SMART-1 je první z družic nesoucích označení Small Missions for Advanced Research in Technology (Malé mise pro pokročilý výzkum technologie). Evropská vesmírná agentura, která ji vyslala k Měsíci, v jejím případě poprvé použila revoluční pohonnou jednotku a umístila do ní celou řadu miniaturizovaných přístrojů. Kromě zkoušení nových technologií podnikne SMART-1 vůbec první komplexní inventář základních chemických prvků měsíčního povrchu. Kromě toho prozkoumá teorii, podle níž naše oběžnice vznikla následkem prudké srážky Země s menší planetkou před čtyřmi a půl tisíci miliardami let.

I po jednatřiceti letech, které uběhly od chvíle, kdy poslední loď amerického programu Apollo opustila měsíční povrch, je ještě mnoho věcí, které o našem nejbližším vesmírném sousedu nevíme. Jak například vznikl? Nebo jakou roli sehrál při vzniku a vývoji Země? Ke zodpovězení těchto otázek má napomoci SMART-1.

Z technologických cílů je nejdůležitější ověření nového iontového motoru PPS 1350 firmy SNECMA (Francie). Tento konstrukční prvek se má stát významnou součástí budoucích planetárních misí. První z nich má být projekt družice Merkuru – sonda nazvaná BepiColombo. K ověření funkce motoru a jeho působení na okolní prostředí je stanice vybavena řadou sledovacích senzorů. K vědeckým cílům expedice patří získání nových poznatků o měsíční geologii, morfologii, topografii, mineralogii, studiu tektonické aktivity a studiu procesů, kterými Měsíc prošel při svém formování. Dosavadní expedice na Měsíc, především lety programu Apollo v letech 1969 až 1972 a tři nepilotované lety Sovětského svazu dopravily na Zemi množství vzorků kamenů a prachu k rozborům. Bohužel odběry se odehrály výhradně na přivrácené straně Měsíce a v oblasti nepříliš vzdálené od rovníku. O geologickém složení odvrácené strany a polárních oblastí máme doposud jen mlhavé představy. SMART-1 nese sadu přístrojů, které jsou vhodné k dálkovému průzkumu povrchu Měsíce. Kamery a detektory jsou konstruovány k pozorování v oblasti viditelného, infračerveného i rentgenového spektra. A vůbec poprvé se lidstvu naskytne možnost navštívit temnější oblasti poblíž měsíčního jižního pólu. SMART-1 bude mapovat takzvaný Štít věčného světla, záhadnou horu, která je neustále ozářena sluneční září, zatímco okolní krátery zůstávají ponořeny do temnoty. Vědci mají za to, že právě v těchto kráterech se pod povrchem – stejně jako na pólech samotných, kde teplota nestoupá nad –170 stupňů Celsia – nachází zmrzlá voda. Potvrzení teorií o přítomnosti zmrzlé vody na Měsíci by lidstvu velice pomohlo při vytváření stálých základen.

Iontové srdce družice

Vědci požadují čím dál více od vesmírných sond, které cestují mimo sluneční soustavu, a začínají se projevovat nedostatky klasických systémů. Evropská vesmírná agentura pro tento účel vyvinula nový motor známý jako solární elektrický nebo též „iontový“ pohon, který může pro vesmírný výzkum znamenat naprosto novou éru. Právě jeho umístění na družici SMART-1 je první experimentální užití takového principu u hlavního motoru na evropském kosmickém objektu. Jako hlavní pohonná jednotka byl motor použit zatím pouze jedenkrát, a sice na americké sondě Deep Space 1 (DS-1) vypuštěné v roce 1998. Iontové motory jsou velkou nadějí pro budoucí kosmické mise do vzdálených oblastí sluneční soustavy. Pomocí nich mohou být výpravy lacinější a především doba letu ke vzdáleným cílům může být podstatně zkrácena. Technologie iontového motoru byla vyvinuta v Sovětském svazu v sedmdesátých letech 20. století. Od roku 1972 vypustil SSSR na oběžnou dráhu kolem Země řadu družic, které kromě klasických chemických motorků jako prostředky orientace a korekce dráhy používaly rovněž elektrických raketových motorů. Experimentálně byly ovšem zkoušeny již mnohem dříve mj. při letu stanice Zond 2 k Marsu v roce 1964. Začátkem 90. let bylo dosaženo dohody mezi ruskými, americkými a evropskými organizacemi o dalším vývoji a komerčním využití iontových motorů a nedlouho poté se objevily i na dalších experimentálních družicích (např. telekomunikační a technologický satelit Stentor postavený francouzskou organizací CNES). Iontové motorky jsou od roku 1997, kdy jimi byl vybaven americký PanAmSat 5, zcela běžně používány na komerčních stacionárních spojových družicích pro udržování satelitu na správné pozici nad Zemí.

Energie ze Slunce

Iontový motor využívá elektrické energie získávané ze slunečních baterií k urychlení pracovní látky na vysokou rychlost, což vytváří reakční sílu pohánějící kosmické plavidlo. Užití elektrické energie zvyšuje výkon elektrických motorů ve srovnání s chemickými raketovými hnacími jednotkami. Elektrické raketové motory podle způsobu, jakým dochází k urychlení pracovní látky, se dělí na elektrotermální, elektrostatické a elektromagnetické. Mise SMART-1 používá elektrostatický iontový motor, přesněji motor pracující na principu Hallova jevu. Jako pracovní látka je použit xenon. PPS-1350-G je kompaktní zařízení postavené kolem prstencové keramické komůrky o průměru 100 mm obklopené magnety. Na jedné straně je umístěna katoda, která produkuje elektrony. Elektrony jsou opačně umístěnou anodou vtahovány do pracovní komory. Uvnitř komory jsou elektrony zachyceny magnetickým polem a střetávají se s plynným xenonem vstupujícím rovněž do komory. Výsledkem je vznik kladně nabitých xenonových iontů a dalších záporně nabitých elektronů. Tyto elektrony jsou dále využity k urychlení iontů proudících z komory a hnaných elektrickým polem vytvářeným katodovými elektrony. Z komory vystupuje iontový paprsek s charakteristickou modrou barvou (danou použitím xenonu), který pohání kosmické plavidlo vpřed.

Výhody pohonu

Elektrický pohon má mnoho předností. Například u obvyklé stacionární družice představují asi polovinu hmotnosti zásoby pohonných látek. Při použití elektrického pohonu lze množství paliva snížit u čtyřtunového satelitu až o 600 kg, což může být využito na rozšíření užitečného zatížení, např. další televizní transpondéry. Menší potřebné zásoby paliva a větší vybavení je samozřejmě atraktivní i při vědeckých misích. Protože elektrické motorky mají nízký tah, lze provádět korekce dráhy a udržování orientace mnohem přesněji. Tah elektrických motorků lze daleko lépe regulovat a směrovat v určitém rozmezí. Toho může být využito během letu, kdy se mění potřeby elektrické energie na palubě, anebo když se nachází v rozdílných světelných podmínkách na cestě sluneční soustavou.
U meziplanetárních letů může dojít také k úspoře času. I když je tah motoru malý, pracuje po extrémně dlouhou dobu, takže nakonec může sonda dosáhnout cíle za podstatně kratší dobu. Mise používající elektrických motorů nabízejí větší flexibilitu při navigaci, více příležitostí pro gravitační manévry, širší startovní okno a možnost použití slabších nosných raket.

Leave a Reply