Návrat kosmických balonů

TOMÁŠ PŘIBYL  |  Vesmír
kosmický balon

Montgolfiéry a charliéry v sobě mají půvab předminulého století. Kdo by řekl, že o ně bude při kosmických výpravách takový zájem?

Možná, že by se „obyčejné“ balony mohly zdát v kosmickém věku přežitkem – pravdou však je, že už v minulosti pomohly při průzkumu vesmíru a že se s nimi počítá i pro budoucí kosmické výpravy.

Jiná atmosféra

Atmosférický obal planety Venuše je poměrně odlišný od toho pozemského – a nemáme teď na mysli ony „pekelné“ podmínky panující na povrchu. Tedy teplotu 480 stupňů Celsia a tlak devadesátkrát vyšší než na povrchu Země (pro představu: stejný tlak působí na ponorku v hloubce tří kilometrů). Máme na mysli fakt, že teplota atmosféry na Venuši s výškou klesá rovnoměrně.

U Země je to úplně jinak. Do výšky deseti kilometrů se teplota prudce snižuje, potom do výšky 50 km zase roste. Do jednoho sta kilometrů zase klesá, aby mohla opět začít růst.

Z výše uvedeného vyplývá jedna skutečnost – atmosféra Venuše je pro balonové létání (a tudíž i balonový průzkum) jako stvořená. A tak není divu, že se dočkala návštěvy dvou sovětských sond Vega, které letěly v polovině osmdesátých let k Halleyově kometě a které cestou právě u Venuše vysadily své přistávací moduly.

Ty kromě části pro práci na povrchu planety obsahovaly také balonové sondy. Každý balon (plněný heliem) měl průměr 3,4 metru a i s přístrojovou gondolou vážil 25 kilogramů (z čehož 5 kg připadlo na vědecké vybavení). Gondola měla tvar 1,3 m dlouhého válce, přičemž byla zavěšena na třináctimetrovém laně.

Balon byl uvolněný z přistávajícího modulu ve výšce asi 50 kilometrů, přičemž odtud vystoupal do výšky zhruba 54 km, kde dosáhl ekvilibria (tedy rovnováhy) a dále se nechával unášet prouděním atmosféry. Operace přitom musela být naplánovaná velmi citlivě: nafukování balonu muselo proběhnout dostatečně rychle, aby nesestoupil níže, než bylo zdrávo (kde hrozilo poškození vysokými teplotami -v letové hladině byla teplota 37 stupňů Celsia). A zároveň dostatečně pomalu, aby nedošlo při vybalování (předtím byl půl roku složený v malém kontejneru a vystavený působení extrémních teplot) k jeho poškození.

Měřicí přístroje sledovaly teplotu, tlak, rychlost větru i hustotu aerosolu v okolí balonu. Chemické baterie měly dodávat energii zhruba šedesát hodin, oba balony se nicméně odmlčely už po 46 hodinách. To ale nebyla žádná tragédie, protože díky silnému větru každý dokázal urazit přes 9000 km!

Sovětský svaz plánoval na počátek devadesátých let velkolepější balonovou misi k Venuši: cílem bylo do atmosféry této planety vyslat 160 kg těžkou sondu s balonem o průměru osm metrů. Rozpad SSSR ale způsobil, že tento záměr zůstal jen na rýsovacích prknech konstruktérů…

Francie na Mars nedosáhla

Francouzská kosmická agentura CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) připravovala už od osmdesátých let misi své balonové sondy na planetu Mars.

Mělo jít o balon o objemu 5500 metrů krychlových, který by se pohyboval několik dní ve výšce dva až čtyři kilometry nad povrchem Marsu – tedy alespoň přes den, v noci (kdy by se jeho náplň, zvažováno bylo helium, ochladila), by klesl k povrchu.

Respektive aby nebyl poškozený, zůstal by „viset“ nad povrchem poté, co by si na něj „odložil“ přístrojovou gondolu o hmotnosti 15 kg. Dalších 13,5 kg mělo vážit lano poutající balon ke gondole (záměrně bylo hodně dlouhé a hmotné, aby také mohlo sloužit jako kotva -a aby nedošlo k poškození balonu), balonová část včetně náplně pak 37 kg. Francie plánovala vyslání dvou balonů na Mars v rámci ruské výpravy Mars- 94. Ruské ekonomické problémy na počátku devadesátých let ale způsobily, že předchozí výprava Mars-92 byla odložena o čtyři roky – a sonda Mars-94 byla zrušena úplně.

Připomínkou celého projektu tak zůstal jen retranslační francouzský přístroj MBR (Mars Balloon Relay) na americké sondě Mars Observer, který měl sloužit pro zprostředkování komunikace mezi balony a Zemí. Sonda byla vypuštěna v roce 1992, ale kvůli technické závadě byla ztracena dříve, než Marsu dosáhla.

Balony pro vzdálené světy

Do užšího výběru, vlastně do finále, jehož vítěz bude oznámen v příštím roce, pro novou meziplanetární misi se podle NASA dostaly sondy Titan and Saturn System Mission (TSSM) a Europa Explorer. Jednu z nich silami společnými a nerozlučnými realizují NASA a ESA (možná za přispění dalších zemí).

Nás ovšem více zajímá TSSM, která by se skládala ze tří samostatných zařízení: družice mapující především měsíc Titan přímo z jeho oběžné dráhy, statické sondy, která by dosedla na jeho povrch, a dále z balonové sondy, která by v atmosféře tohoto měsíce mohla létat třeba i rok. K Titanu si podobnou misi můžeme troufnout vyslat, protože o něm máme poměrně přesné znalosti -v lednu 2006 na něj dosedl evropský výsadkový modul Huygens vysazený sondou Cassini.

Balon zvažované mise by měl být montgolfi érou, neměl by tedy využívat pracovního plynu, nýbrž ohřáté místní atmosféry. Pro svůj pohyb bude využívat různé síly větru v různých výškách nad povrchem, čímž bude moci překonávat velké vzdálenosti. Balon by měl mít i možnost přistát na povrchu a odebrat zde vzorky k analýze v palubní laboratoři.

Po dvojmisi Huygens/Cassini (jejíž druhá část stále ještě probíhá), která nás doslova zasypala vědeckými daty, ale zůstává spousta nezodpovězených otázek. Vědce začal zajímat především dosud přehlížený Titan, protože jim tento měsíc nápadně připomíná Zemi v podobě, jakou měla podle našich představ před několika miliardami let. Titan je tak unikátní laboratoří právě pro studium vývoje Země.Pokud bude sonda TSSM vybrána k realizaci, odstartuje kolem roku 2020 a ke svému cíli dorazí o deset let později.

Balony se vrátí na Venuši

Evropská kosmická agentura ESA, jejímž členem je od 12. listopadu 2008 také Česká republika, uvažuje o realizaci mise Venus Entry Probe. Ta by se skládala ze dvou samostatných zařízení: jednak z orbitální družice Venus Polar Orbiter, jednak z balonové sondy, která by se dlouhodobě pohybovala ve středních atmosférických vrstvách Venuše (tedy ve výšce 40 až 60 km nad povrchem). Vlastně ze tří, protože balonová sonda by byla uvolněna z jiné družicové sondy Venus Elliptical Orbiter, která by následně sloužila jako retranslační stanice. Balonová sonda by měla několik týdnů (což představuje největší technickou výzvu v celém programu) studovat atmosféru planety, přičemž svoji životnost bude prodlužovat odhazováním balastní zátěže. Nebude se ale jednat o pasivní zátěž, jakou známe z filmů – vysypávání pytlů s pískem nebo rovnou vyhazování celých pytlů, nýbrž o odhazování malých průzkumných sond, které budou provádět měření charakteristik atmosféry během svého volného pádu. Stejně tak plánuje balonový průzkum Venuše i NASA. Sonda Venus In Situ Explorer má opakovaně sestoupit na povrch planety, odebrat vzorky a v přijatelnějších podmínkách větší výšky je pak analyzovat. Zatím jde ale o studii.

kosmický balon

Německý balon na Marsu

Neofi ciální aktivitou – byť za zmínku rozhodně stojí – je plán německé pobočky americké organizace Mars Society, který byl předložen národní letecko-kosmické agentuře DLR (Deutsches Zentrum für Luft – und Raumfahrt). Na tomto místě doplníme malou poznámku: státy sdružené v kosmické agentuře ESA mohou realizovat i své vlastní národní či mezinárodní kosmické programy, pokud se jim to z nějakého důvodu zdá výhodnější než spolupráce v rámci ESA. Proto je program Mars Society Balloon Mission rozpracovávaný jako německý národní.

Předpokládá start tělesa o hmotnosti 140 kilogramů a jeho navedení na meziplanetární dráhu, ideálně společně s nějakou „mateřskou“ sondou směřující k Marsu. Po přeletu má následovat přímý vstup do atmosféry Marsu, brzdění pomocí ochranného štítu a vzápětí i padáku – a pomalé nafouknutí balonové sondy.

Ta by se vůbec nedotkla povrchu, ale pohybovala by se ve výšce pět až devět kilometrů nad Marsem -i v noci. Vysazena by musela být nad severní polokoulí planety, protože v rovníkových oblastech jižní polokoule se vyskytují vyšší pohoří, která by se pro sondu mohla stát osudnými. Vítr by měl balon hnát vpřed takovou rychlostí, že ten by během nominální mise (sto solů – tedy sto místních dní) obkroužil Mars desetkrát. Sonda Mars Society Balloon Mission by nesla dva kilogramy přístrojového vybavení, přičemž její cena by byla 55 milionů eur.

Jak vidno, nejstarší techniku letu -balonové létání – ani kosmický věk neodvál na smetiště dějin, ale naopak připravuje jeho rozsáhlé oživení. Brzy se tak stanou balony samozřejmostí nejen nad našimi hlavami, ale i nad povrchem vzdálených světů. Balonová sonda by měla několik týdnů studovat atmosféru planety, přičemž bude svoji životnost prodlužovat odhazováním malých průzkumných sond.

PRVNÍ KOSMICKÝ BALON

Družice, která jako první využívala „balonovou“ technologii, nezamířila do hlubin vesmíru, ale zcela neromanticky nepřestala kroužit na oběžné dráze kolem matičky Země. Šlo o satelit Echo, který se do vesmíru dostal v srpnu roku 1960 (první pokus v květnu téhož roku skončil havárií pro závadu na nosné raketě). V případě družice Echo přitom nešlo o balonové létání, ale pouze o tvar balonu – po dosažení oběžné dráhy se družice „nafoukla“ (měla průměr 30,5 metru, její povrch byl tvořen z pokoveného mylaru o tloušťce 0,127 mm) do kulovitého tvaru. Šlo o pasivní telekomunikační experiment, kdy Spojené státy zkoušely šíření rádiového signálu pasivním odrazem od povrchu družice (měla fungovat jako jakési „zrcadlo“). Pokud nešlo o balonové létání v atmosféře, ale pouze o družici tvaru balonu, proč se o ní zde zmiňujeme? Z prostého důvodu: šlo zároveň o technologický experiment z kategorie „jak dostat balon do vesmíru v malém obalu a bezpečně ho nafouknout do plného tvaru“. Experiment Echo je dodnes považován za referenční vzorek a zdroj dat.

TUMBLEWEED NA MARSU

NASA uvažuje nejen o použití balonů v atmosféře planet – ale i na jejich povrchu. Mělo by jít o jakousi mimozemskou obdobu zorbu – nafukovací koule o průměru několika metrů. NASA zvažuje použití podobného konceptu na Marsu, kdy by se nafukovací balon mohl prohánět po nekonečných planinách pouze pomocí síly větru. Dokonce by mohl být i „řiditelný“ – stačilo by upustit vzduch, balon by si následně „sedl“ a počkal na příhodný vítr. Nebo by tímto způsobem mohl podle potřeby zastavit na zajímavém místě a provést jeho dlouhodobější

průzkum. Šestimetrovému balonu by vítr o síle dvacet metrů za sekundu udělil zhruba poloviční rychlost s tím, že by se koule nemusela pohybovat pouze po rovince, ale bez problémů by „vyjela“ i svahy o sklonu až 25 stupňů. Problémem by neměly být ani metrové překážky. Dvacet kilogramů má vážit vlastní plášť sondy, dalších dvacet kilogramů by mělo představovat její přístrojové vybavení. Vědci z NASA upozorňují, že tento koncept by mohl najít uplatnění nejen na Marsu, ale i na dalších tělesech sluneční soustavy -třeba na Neptunově měsíci Tritonu nebo Jupiterově měsíci Io.

Nejčtenější