Staňte se vesmírnými navigátory

Petr Kubala  |  Vesmír

Navigovat kosmické sondy není nic jednoduchého. Vždyť cílový objekt se obvykle pohybuje rychlosti několika kilometrů za sekundu.

Jak si s tím kosmické agentury poradí a kde najdeme informace o aktuální pozici některých sond? Technicky je to velmi složitá záležitost. Alfou a omegou je udržování pravidelného – nikoli nepřetržitého – kontaktu se sondou.

NASA pro tyto účely provozuje tři stanoviště sítě Deep Space Network (DSN); využívají je také další kosmické agentury. DSN má tři stanoviště: Goldstone (Kalifornie), Madrid (Španělsko) a Canberra (Austrálie). Tato tři místa jsou na naší planetě strategicky rozmístěna zhruba 120° od sebe, což řeší problém s rotací Země.

Pokud se sonda nachází ve vzdálenosti alespoň 30 tisíc kilometrů od Země, minimálně jedno stanoviště je pro ni vždy dostupné.

Sídlo Deep Space Network poblíž Madridu. Na obrázku je největší sedmdesátimetrová anténa. Foto: Hector Blanco de Frutos
Sídlo Deep Space Network poblíž Madridu. Na obrázku je největší sedmdesátimetrová anténa. Foto: Hector Blanco de Frutos

Nemůže vyletět, jak se jí zachce

Potřebujeme znát následující hlavní informace: rychlost sondy vůči Zemi, její vzdálenost od Země, případně pozice sondy na pozemské obloze.

Znalost přesné dráhy je přitom klíčová. Například vozítko Curiosity se má trefit do poměrně malé oblasti 20 × 25 km uvnitř kráteru Gale. Mars přitom na své dráze kolem Slunce urazí každou sekundu asi 24 kilometrů! Dráha sondy je vypočítána dopředu, mnohem dříve než nosná raketa opustí startovací komplex.

Když startuje kosmická loď k Mezinárodní vesmírné stanici, trvá startovací okno obvykle kolem deseti minut. Pro meziplanetární let je startovací okno dlouhé řádově desítky minut. Není ovšem „celistvé“ ale plánované v určitých krocích, které jsou od sebe oddělené v malých intervalech. Pro každý z těchto kroků musí být předem spočítaná trajektorie, aby sonda věděla, kdy a jak má být navedena na heliocentrickou dráhu. Zatímco my čekáme na zážeh motorů, počítače sondy mají připraveny stovky možných scénářů pro let ke svému cíli.

Start rakety Atlas V se sondou Mars Science Laboratory (Curiosity). Foto: NASA
Start rakety Atlas V se sondou Mars Science Laboratory (Curiosity). Foto: NASA

Údaje o rychlosti a pozici sondy se obvykle získávají několika způsoby. Tím prvním může být využití Dopplerova jevu, který se projevuje změnou frekvence pohybujícího se zdroje signálu oproti frekvenci téhož zdroje v klidu.

Druhý způsob bychom mohli nazvat metodou „přijmi a pošli zpět“. Kosmické sondě se pošle příkaz, který po obdržení vrátí. Vzhledem k tomu, že signál letí rychlostí světla, stačí jen změřit domu mezi odesláním a opětovným zachycením signálu. Samozřejmě se musí vzít v potaz řada „zpoždění“. Například sondě Cassini trvá 420 nanosekund, než si příkaz přebere, vyhodnotí a pošle zpátky.

Oči Sluneční soustavy

Se kterými sondami si DSN zrovna „povídá“ můžete vidět u australského stanoviště na jeho webu. Na internetu je ovšem možné dopátrat se i výsledků. Tedy najít, kde se jednotlivé sondy zrovna nacházejí a jakou mají rychlost nejen vůči Zemi ale také vůči jiným objektům Sluneční soustavy.

Určitým výchozím bodem může být právě stránka DSN a její simulace, znázorňující pozici některých sond. Podobnou aplikaci provozují také laboratoře JPL.

NASA nedávno spustila aplikaci Oči Sluneční soustavy (Eyes on the Solar System). Nejdříve budete patrně vyzváni ke stažení drobné aplikace pro váš prohlížeč a pak se už můžete pustit do objevování našeho planetárního systému. Stačí kliknout na „Explore the Solar System“.

Mars Science Laboratory s vozítkem Curiosity je na cestě k Marsu. Na obrázku z webové aplikace Eyes on the Solar System vidíme vzdálenost sondy od Země, za jak dlouho tuto vzdálenost urazí světlo a rychlost vůči Zemi. Zdroj: NASA
Mars Science Laboratory s vozítkem Curiosity je na cestě k Marsu. Na obrázku z webové aplikace Eyes on the Solar System vidíme vzdálenost sondy od Země, za jak dlouho tuto vzdálenost urazí světlo a rychlost vůči Zemi. Zdroj: NASA

Program se občas zdá trochu nepřehledný, ale umí spoustu věci. Vše ovládáte myší. Když vyberete požadovaný objekt a kliknete na jeho název dvakrát levým tlačítkem, přiblížíte se k němu. Lze takto hledat nejen planety, jejich měsíce, ale i kosmické sondy a některé družice (ISS, Hubblův dalekohled apod.).

Pokud na objekt kliknete pravým tlačítkem, rozevře se menu, kde je možné dané těleso porovnat (Compare Size) s velikostí nabízených objektů. Lze také proměřit vzdálenost a vzájemnou rychlost mezi dvěma tělesy (Measure distance from). Údaje jsou bohužel v mílích, takže pro našince je nutný přepočet. Na druhou stranu máme k dispozici i údaj, za jak dlouho urazí danou vzdálenost světlo nebo také signál z dané kosmické sondy.

Mezinárodní kosmická stanice v programu Eyes on the Solar System. Zdroj: NASA
Mezinárodní kosmická stanice v programu Eyes on the Solar System. Zdroj: NASA

Spodní lišta programu nabízí nastavení času, informace o zvoleném objektu, multimédia apod. Vpravo si můžeme přepnout do režimu na celou obrazovku, režimu fotografie (zmizí všechny popisy apod.) nebo najít odkaz na současnou pozici.

Nejčtenější