Projekt Rosetta bol skutočné kozmické rodeo

, 04.12.2014 14:30
Ján Baláž
Ján Baláž sa zaoberá vývojom vedeckých aparatúr pre vesmírne satelity a sondy. Autor:

Slovensko stále nie je členom Európskej vesmírnej agentúry, napriek tomu je práca slovenských vedcov viditeľná. Pomohli aj pri ulovení prvej kométy. O tom, ako to celé bolo, hovorí Ján Baláž z Ústavu experimentálnej fyziky Slovenskej akadémie vied v Košiciach.

Projekt Rosetta začal vznikať už pred 30 rokmi. Ak odrátame trvanie letu, jeho príprava trvala 20 rokov. Prečo tak dlho? Alebo je to štandardný čas prípravy vesmírnych misií?
Doby príprav vesmírnych misií sa, samozrejme, líšia. Záleží to od celého radu faktorov. Najmä od očakávaného vedeckého prínosu, technickej náročnosti, dostupných finančných zdrojov či množstva zainteresovaných inštitúcií a jednotlivcov. Z tohto pohľadu je Rosetta rekordérom po mnohých stránkach. Je veľmi zložitá po technickej stránke, jej cesta ku kométe s maximálnym využitím „nebeských zákonov“ bola tiež nezvyčajne komplikovaná. Finančnú náročnosť tiež bolo treba rozložiť na dlhšiu dobu. A čo sa týka ľudských zdrojov, Európska vesmírna agentúra na svojich stránkach uvádza, že do projektu aktívne prispelo asi dvetisíc ľudí. Takže zrejme je tá doba primeraná.

Sonda počas letu potrebovala nabrať rýchlosť, akú má kométa, a využila na to tzv. gravitačný prak. Ako to funguje?
Tých gravitačných prakov bolo viac. Okrem počiatočného zrýchlenia nosnou raketou Ariane 5G+ sondu trikrát zrýchľovala planéta Zem a raz planéta Mars. Gravitačný prak nie je vynálezom človeka, ten ho iba odpozoroval od prírody a využíva ho na urýchlenie a prípadne aj spomalenie vesmírnych sond. Najsilnejším prakom v slnečnej sústave disponuje gravitačný kolos Jupiter, ktorý bežne ovplyvňuje orbity mnohých prírodných telies, veľmi často aj komét. Záleží na tom, akým smerom, ako rýchlo a ako blízko preletí taká kométa okolo Jupitera. Niektoré kométy sú Jupiterom urýchlené tak, že prekročia únikovú rýchlosť zo slnečnej sústavy a už sa nikdy nevrátia, uletia k iným hviezdam, iné zasa Jupiter spomalí tak, že prejdú na krátku orbitu, stanú sa členmi tzv. Jupiterovej rodiny krátkoperiodických komét. Medzi ne patrí aj kométa 67P/Čurjumov-Gerasimenko, cieľová kométa misie Rosetta.

Takže je to vlastne pohon zadarmo.
Svojím spôsobom áno. Ak malé teleso, ktoré je tiež obežnicou Slnka, vstúpi do gravitačného poľa planéty, ktorá je sama v pohybe okolo Slnka, môže si cez gravitačné sily ukradnúť niečo z jej pohybovej energie a opustí ju s väčšou orbitálnou rýchlosťou, než s akou vstupovalo. Nie je to však „perpetuum mobile“. Pohybová energia, ktorú sonda získala, zasa ubudla danej planéte. No vzhľadom na pomer hmotností sondy a planéty je spomalenie planéty, samozrejme, nepatrné.

Sonda zjavne k hviezdam neuletela. Takže gravitačné praky boli využité tak, ako bolo naplánované?
Vyšli perfektne, no niekedy nechýbalo ani riadne napätie. V súvislosti s gravitačným prakom Marsu v roku 2007, kde sa kvôli strmému návratu k Zemi požadoval nízky prelet len vo výške 250 kilometrov, zažívali pracovníci divízie letovej dynamiky v riadiacom stredisku ESOC v nemeckom Darmstadte mimoriadne krušné chvíle. Mars bol vtedy od nás vzdialený 330 miliónov kilometrov a trafiť len 250 kilometrov ponad jeho povrch, navyše ešte v rádiovom tieni (Rosetta bola za Marsom), bolo ozaj umenie a riziko zrážky s Marsom dosť vysoké. Našťastie všetko dopadlo na výbornú. Dnes už tejto udalosti s úsmevom hovoria „hazardná hra za miliardu“ (cena Rosetty v eurách).

Kam Mars sondu vystrelil?
Mars zrýchlil a plánovane nasmeroval opäť k Zemi a ďalšie vzrušenie nedalo na seba dlho čakať. Americký automatizovaný systém Catalina Sky Survey, ktorého úlohou je včas spozorovať vesmírne telesá na nebezpečných kolíznych trajektóriách, zaregistroval blížiaci sa „asteroid“ údajne vo veľkosti asi 20 metrov. Následne sa spustil poplach a danému asteroidu dokonca priradili registračné číslo. Čoskoro sa však ukázalo, že to sa len domov vracia Rosetta, ktorá bezpečne preletela v plánovanej výške 5¤600 km a ukradla si od svojej materskej planéty ďalšie zrýchlenie.

Stihla sonda počas týchto manévrov robiť aj nejaký výskum, či sa sústredila výhradne na koordináciu letovej dráhy?
Kto sledoval celú púť Rosetty ku kométe, ten sa nenudil. Azda iba počas jej dvaapolročnej hibernácie. Už pri výbere vhodnej cieľovej kométy sa prihliadalo na to, aby sa sonda mohla zblízka pozrieť aspoň na dva známe väčšie asteroidy, ktoré krúžia medzi Marsom a Jupiterom. Takto sonda pozorovala asteroid Šteins a asteroid Lutetia. Prekvapil aj menší Šteins, ktorý svojím zvláštnym tvarom pripomína briliantový výbrus, no 270-kilometrová Lutetia bola úplne fascinujúca. Napriek veľkej rýchlosti, ktorou sa minuli, Rosetta stihla urobiť množstvo veľmi kvalitných záberov a fyzikálnych meraní, vrátane „odváženia“ samotnej Lutetie.

Ako môže taká drobná sonda odvážiť 270-kilometrový asteroid?
Opäť sme pri gravitačných účinkoch, ktoré priamo závisia od hmotnosti telesa a letovej dynamiky sondy. Lutetia svojou gravitáciou nepatrne zmenila dráhu sondy. A na vyhodnotenie aj nepatrných zmien slúži rádiové spojenie Zeme so sondou, ktoré nielen zabezpečuje prenos údajov v obidvoch smeroch, ale je aj dôležitou súčasťou viacerých vedeckých experimentov. Tieto rádiové linky používajú nesmierne stabilné frekvenčné normály, tzv. atómové hodiny. Každá zmena rýchlosti sondy sa potom prejaví malými zmenami vo frekvencii signálu. Aj pri rádiových vlnách platí známy Dopplerov efekt, pre ktorý nám pískanie približujúceho sa vlaku znie vyššie a vzďaľujúceho sa znie nižšie.

Neskôr bola Rosetta uspatá. Mohlo sa stať, že by sa po hibernácii neprebudila?
Nuž mohlo. V kozme je veľa nepriaznivých faktorov. Tam ďaleko od Slnka bolo aj veľmi chladno a aj kozmické žiarenie mohlo poškodiť dôležité elektronické systémy. Ony tie kľúčové systémy sú síce budované z komponentov s vysokou odolnosťou voči ionizujúcemu žiareniu a sú aj zdvojované, no pri mimoriadne silných slnečných erupciách takéto riziko veľmi stúpa. My sme tu na Zemi chránení atmosférou aj magnetickým poľom Zeme, no taká medziplanetárna sonda to môže schytať naplno. Takže bolo treba aj trochu šťastia.

Obrázok nasnímaný kamerou na európskej sonde...
Obrázok nasnímaný kamerou na európskej sonde Rosetta ukazuje plató na kométe 67P / Čurjumov-Gerasimenko. Snímka bola urobená vo vzdialenosti 9,8 km od stredu kométy. Autor: SITA/AP

Keby misia bola neúspešná, myslíte si, že by existovala vôľa zopakovať ju?
Určite áno. Ale asi nie hneď. Netrúfam si hádať, ako dlho by sme sa zotavovali po takej ťažkej strate. Kométy určite nenechajú ľudí ľahostajnými, keď už máme technické prostriedky si na ne siahnuť. Momentálne nám asi trochu chýba nejaká ozaj inšpirujúca kométa, aké sa v minulosti neraz vyskytli. Niektoré žiarili veľmi jasne a údajne sa ťahali aj cez celú oblohu. Vôbec žijeme v akejsi smoliarskej dobe na nádherné kométy. Sľubný ISON sa koncom minulého roka rozpadol pri príliš blízkom prelete okolo Slnka. Aj slávna kométa 1P/Halley nás navštívila v roku 1986 v najnepri­aznivejšej konštelácii za posledných 2¤000 rokov – vlastne bola z nášho pohľadu za Slnkom.

Pristátie sondy Philae bolo veľmi napínavé. No nakoniec sa ukázalo, že nedopadlo tak, ako malo. Dokonca sa sonda odrazila až kilometer nad povrch kométy. Čo sa stalo?
Keďže gravitácia kométy je veľmi slabučká, dôležitou súčasťou pristávacieho manévru mal byť kolmý prítlak sondy k povrchu kométy pomocou malého plynového reaktívneho motorčeka, vypálenie dvoch kotviacich harpún kolmo do tela kométy a priskrutkovanie sa pomocou troch snežných skrutiek v nohách podvozku. Treba povedať, že v čase príprav tejto misie nikto netušil, aký je povrch kométy. Či tvrdý ako skala a sonda sa od neho odrazí, alebo páperovo mäkký a ľahký a sonda sa doň hlboko zaborí. Preto harpúny aj skrutky mali pristátie istiť. Bohužiaľ, zlyhal aj prítlačný motorček, aj harpúny a ani skrutky sa do prašnej vrstvy neuchytili. Philae sa odrazila a hodinu sa vznášala nad kométou. Aj po ďalšom kontakte ešte raz poskočila asi na sedem minút, až napokon spočinula na mieste s pomerne krátkou dobou slnečného svitu, ktorý je nutný na dobitie jej batérií.

Fungovala len pár desiatok hodín, no ESA hovorí, že Philae misiu splnila. Nezastiera týmito vyhláseniami isté sklamanie z toho, čo sa dialo po pristátí?
Povedzme, že ju nesplnila na 100 percent, ale buďme vďační, že to nedopadlo horšie. Doba života landera na kométe ozaj nebola plánovaná na dlhšiu dobu, no vedci dúfali, že to bude aspoň týždeň, nevylučovali sa ani mesiace, ak by boli podmienky dobré. Napokon lander fungoval iba na energiu z batérií, ktoré mu pred oddelením naplno dobila Rosetta. To postačilo na splnenie jeho úloh údajne asi na 80 percent. Niektoré aparatúry získali vzorky dokonca už zo zvíreného prachu pri prvom kontakte s povrchom a spustili ich analýzy počas prvého hodinového vznášania sa. Väčšina získaných dát sa bude analyzovať ešte po dlhú dobu tu na Zemi. A stále je nádej, že sa Philae prebudí, keď dostane viac svetelnej energie na slnečné panely.

Aký prínos mala táto misia po technickej stránke? Aké ponaučenia priniesla?
Samotná technika tohto letu bola úžasná. Také priam dokonalé spriahnutie zákonov nebeskej mechaniky a ľudského intelektu. Dnes už, samozrejme, výborne pomáhajú superpočítače, ktoré všetky tieto udalosti „tam hore“ mnohokrát prepočítali a simulovali. Ale ani ten najdokonalejší počítač v podstate nevie viac ako ľudia, čo ho programujú. Naša civilizácia je tu aj vďaka veľkému šťastiu, že ju nevyhladila zrážka Zeme s väčším asteroidom alebo kométou, ako sa to kedysi stalo dinosaurom. Na rozdiel od úplne bezmocných dinosaurov my však už sme potenciálne schopní proti tomu niečo urobiť. Aj keď je to ešte len v začiatkoch. Tak, ako dokázala misia Rosetta umiestniť výskumný modul na kométu, možno v budúcnosti bude treba umiestniť niečo, čo inú kométu alebo asteroid odkloní zo smrteľnej trajektórie.

Analýza získaných vzoriek a meraní sa ešte neskončila. Vieme, že na kométe je voda a organické molekuly na báze uhlíka. Stačí to na to, aby kométy mohli priniesť na Zem zárodky života?
Je celkom možné, že okrem jednoduchých organických molekúl sa tam nájdu aj aminokyseliny, ktoré majú k životu ešte o niečo bližšie. K zárodkom života je to však ešte stále ďaleko. Aparatúra COSAC inštalovaná na landeri Philae je dokonca schopná rozlíšiť pravotočivosť a ľavotočivosť organických molekúl. V čase príprav Rosetty sa verilo, že prípadná prevaha ľavotočivých aminokyselín by mohla mať niečo so životom, keďže pozemský život používa výlučne ľavotočivé aminokyseliny. Medzitým sa ale objavila teória, že život použil ľavotočivé aminokyseliny z prozaického dôvodu: že tie opačné, pravotočivé, kedysi vyničila blízka supernova veľmi tvrdým, kruhovo polarizovaným gama žiarením, ešte pred vznikom života. Myslím si, že záhada vzniku živého z neživého bude ešte dlho odolávať rozlúšteniu.

Spolupracovali ste na ruských misiách. Roskosmos zažil za posledných pár rokov viacero nevydarených misií na čele s Phobos-Grunt. Čomu by sa to dalo pripísať?
Ja som zažil veľmi podobné sklamanie pred rokmi, tiež v ruskej misii Mars-96. Aj vtedy rovnako zlyhal raketový motor, ktorý mal sonde udeliť únikovú rýchlosť zo Zeme a dostať ju z parkovacej orbity na medziplanetárnu trajektóriu. Teórií o týchto zlyhaniach bolo veľa, včítane tých konšpiračných. Keďže nie som odborníkom na raketové motory, ťažko sa kompetentne vyjadriť. Vo všeobecnosti ale možno povedať, že spoľahlivosť akýchkoľvek technických systémov v kozme je veľmi náročná úloha, keďže podmienky sú tam tvrdé a servis spravidla nemožný. Zlyhanie sa nedá nikdy úplne vylúčiť, možno len znižovať jeho pravdepodobnosť. Osobne sa domnievam, že západné kozmické agentúry ESA a NASA majú o niečo prepracovanejší a prísnejší manažment riadenia kvality a spoľahlivosti.

Na druhej strane Číne sa darí. Vy máte s ich projektmi skúsenosti. Ako sa s Číňanmi spolupracuje?
Čína zjavne investuje obrovské prostriedky do vzdelania, vedy, výskumu a moderných technológií. Vidno to na každom kroku. Zjavne chce Západ nielen dobehnúť, ale aj predbehnúť. Spolupracuje sa s nimi dobre, je tam veľmi motivujúce, inšpirujúce prostredie, určite teda v ich Národnom centre pre kozmický výskum (NSSC) v Pekingu, ktoré som nedávno navštívil. Okrem modernej, futuristicky pôsobiacej budovy s dobre vybavenými laboratóriami je tam množstvo mladých ľudí, ktorí dychtia po akýchkoľvek skúsenostiach z kozmických misií a prekvapujú svojimi znalosťami a pracovným nasadením.

Na akých projektoch pracujete teraz?
Hore na orbite nám už tri roky úspešne pracuje detektor energetických častíc MEP-2 na ruskom satelite Radioastron. Kolegovia fyzici dáta priebežne spracúvajú. Nedávno sme odovzdali posledné časti vedeckej aparatúry PICAM pre misiu ESA BepiColombo na planétu Merkúr, ktoré boli vyrobené aj s účasťou slovenských technologických firiem. Keďže ešte stále nie sme členmi ESA, opäť iba robíme subdodávateľov riadnym členom. Podobným spôsobom začíname s prácami na misii ESA JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), teda misii k Jupiterovým ľadovým mesiacom. Radšej by sme to už robili priamo za Slovensko. Musíme dúfať, že sa to raz podarí. Hádam sa ľady pohnú aj vďaka prvému slovenskému satelitu skCUBE, ktorý pripravuje Slovenská organizácia pre vesmírne aktivity SOSA a na ktorom bude inštalovaný aj ultrafialový fotometer z nášho laboratória.

A čo celé oddelenie kozmickej fyziky? Môžeme v blízkej budúcnosti očakávať nejaký zaujímavý kozmický výskum?
Z vedeckého hľadiska najprestížnejší je projekt JEM-EUSO, do ktorého sú fyzici z nášho oddelenia priamo zapojení a týka sa detekcie kozmických častíc ultravysokých energií, ktoré na našu Zem dopadajú z hlbokého vesmíru. Obrovský detektor na tento účel budujú v Japonsku a po dokončení bude vynesený a inštalovaný na orbitálnu stanicu ISS. V tomto prípade je Slovensko riadnym, oficiálnym účastníkom projektu. Takže sa naozaj odohráva „pod slovenskou vlajkou“.

Ján Baláž (55)

  • Konštruktér vesmírnej techniky sa narodil v Michalovciach, vyrastal v blízkej obci Hažín. Po maturite na elektrotechnickej priemyslovke v Michalovciach študoval rádiotechniku na košickej elektrotechnickej fakulte, kde absolvoval aj externé doktorandské štúdium.
  • Od roku 1986 sa v Ústave experimentálnej fyziky SAV v Košiciach zaoberá vývojom vedeckých aparatúr pre vesmírne satelity a sondy.
  • Podieľal sa na príprave vesmírnych vedeckých misií Active, Coronas, Interball, Mars-96, Mir, Štefánik, Double Star, HotPay, Rosetta, Radioastron, BepiColombo, Resonance, Luna-Glob.
  • Je nositeľom ocenení Technológ roka Slovenskej republiky 2005, ceny SAV za popularizáciu vedy, Pamätnej plakety SAV, čestných uznaní Európskej kozmickej agentúry ESA a Čínskej kozmickej agentúry CNSA.

© AUTORSKÉ PRÁVA VYHRADENÉ

#SAV #Európska vesmírna agentúra #Ján Baláž #Rosetta
Sleduj najnovšie články na našom Facebooku
18,99
Hnedý flower pot "S" červené ruže

Hnedý flower pot "S" červené ruže

35,99
Lady ružová orchidea

Lady ružová orchidea

Ponuky zo Zľavy.Pravda.sk