Před více než osmi lety se k planetě Mars vydala malá, na první pohled nevýrazná planetární sonda Mangalyaan (Mangalaján) známá spíše pod označením MOM (Mars Orbiter Mission). Tehdy jen pár lidí skutečně věřilo, že se jednou zapíše do historie. Je všeobecně známé, že lety do kosmu nejsou jednoduchá disciplína, ale vyslat automatickou sondu a usadit jí na oběžné dráze rudé planety je už skutečně vyšší dívčí a zkuste ještě uspět hned na první pokus. Do roku 2014 to ostatně žádná jiná země nedokázala! Často vysmívané a ve světě spíše podceňované agentuře ISRO se to ale povedlo, a „maličká“ MOM fungovala nad Marsem téměř 8 let. Navržena byla přitom tak, aby zvládla 6 měsíců v provozu. Jenže nic netrvá věčně. Cesta sondy Mangalayaan, díky které se Indie stala první zemí v Asii, která dosáhla oběžné dráhy Marsu, oficiálně skončila. ISRO začátkem října potvrdilo to, o čem se již pár měsíců spekulovalo. Není tedy od věci abychom se za touto neuvěřitelnou misí ohlédli. Tento dvoudílný článek přináší podrobné informace o sondě Mars Orbiter Mission a dosažených výsledcích.

Cíl Mars

Snímek Marsu pořízený sondou MOM 28. 9. 2014 z výšky 74 582,4 km nad planetou. Zdroj: ISRO/ISSDC

Výzkum vesmíru za účelem rozšíření našich znalostí, byl vždy důležitou součástí vesmírného vědeckého programu indické vlády. Indický program průzkumu Sluneční soustavy byl zahájen zásadním způsobem
v říjnu 2008 vypuštěním sondy Chandrayaan-1, která mířila prozkoumat Měsíc. Na národní i mezinárodní úrovni vyvolala mise Chandrayaan-1 nebývalý zájem. Zejména vyvolala nadšení u mladých lidí a pevně potvrdila, že Indie může čelit technologickým výzvám i s malým rozpočtem. Dosažený úspěch přesvědčil i politiky, že podobné snahy mají smysl. ISRO tehdy hrdě oznámilo, že naváže družicí Chandrayaan-2, která se pokusí na našem souputníkovi už i přistát. Kdesi ve vzduchu však visel mnohem ambicióznější plán – Mars.

Mars je po Měsíci přirozeným cílem výzkumu Sluneční soustavy. Ze všech planet vyvolává právě tento prašný svět největší zájem lidí po celé dekády. Jeho dráha leží mezi pásem asteroidů a Zemí. Odedávna se spekuluje o tamním životě. Podmínky na Marsu připomínají v některých ohledech ty na Zemi. Najdeme zde atmosféru, (i když je méně hustá a má jiné složení), vodu (spíše Savo, jak by řekl Dušan Majer), led a geologickou aktivitu, tedy složky, které se vzájemně ovlivňují a vytvářejí dynamické marťanské prostředí. Mars má povrchové rysy připomínající impaktní krátery na Měsíci, ale i sopky, pouště a polární „čepičky“. Jsou zde proměnlivá roční období. Otázkou, kterou je však třeba zodpovědět je, zda má Mars biosféru nebo zda někdy existovalo prostředí, v němž mohl existovat život. Mohl se vyvinout, a dokonce snad udržet?

Sonda MOM před startem a uzavřením do krytu rakety PSLV. Zdroj: ISRO

Mars je klíčovou planetou pro pochopení vzniku a vývoje živých organismů ve Sluneční soustavě, a v nepříliš vzdálené budoucnosti bude nejpravděpodobnějším kandidátem na průzkum lidmi. Atmosféra bohatá na oxid uhličitý, nepřítomnost kapalné vody na povrchu a absence ochranné globální magnetické vrstvy, nejsou vnímány jako neřešitelné překážky pro lidské osídlení. Indie si rozhodně nemůže dovolit zaostávat v nezávislém průzkumu nejen rudé planety, pokud to s průzkumem vesmíru myslí vážně. To si uvědomovala celá řada lidí v ISRO, ale Mars zůstával nedosažitelnou metou a misí, na kterou nejsou peníze. Je trochu paradox, že to byl právě nepovedený pokus Číny z roku 2011, co nakonec vedlo ke skutečnému rozhodnutí ISRO postavit v rychlosti vlastní automat, který se pokusí o podobnou věc. Další příležitost měla přijít v roce 2013, a proto nebyl čas zahálet. S ohledem na tuto skutečnost byla zahájena práce na sondě Mars Orbiter Mission (MOM), která měla hlavně demonstrovat schopnost vydat se do meziplanetárního prostoru.

Raketa PSLV se sondou MOM při převozu na startovní rampu. Zdroj: ISRO

O Mars se v minulosti v Asii pokusilo také například Japonsko. Sonda  Nozomi ovšem cíle nedosáhla. Nevstoupila na oběžnou dráhu rudé planety v roce 1999 a „pouze“ okolo prolétla. Ještě hůře dopadlo Rusko a Čína na společné misi v roce 2011. Čínská část Yinghuo-1 byla navržena pro vstup na oběžnou dráhu planety. Do kosmu se vydala společně se sondou Fobos-Grunt, která měla ambice přistát na Marsovském měsíci Phobos za účelem odebrání vzorku a jeho návratu zpět na Zemi. Bohužel selhání palubní elektroniky způsobilo, že nic z toho se nakonec nestalo. Anomálie palubního počítače a neprovedení naplánovaného manévru způsobily, že se celá sestava vrátila neplánovaně na Zemi o hodně dřív, než bylo původně v plánu – Bohužel shořela v atmosféře. Byla to velká ztráta pro vědeckou komunitu, ovšem dobrý podnět pro Indii zkusit to po svém. Jak se říká: „Vše zlé je k něčemu dobré.“ ISRO si však brzy uvědomilo, že možnosti jsou značně omezené. Tehdy nejsilnější nosič agentury – PSLV-XL parametry zrovna neoslní a orbitální mechanika je neúprosná. Ne náhodou mu vědci přezdívali raketová rikša. Vhodné startovací okno k Marsu se otevírá přibližně jednou za 780 dní, a tak Indie mohla využít to v roce 2013, a pak následující v letech 2016 a 2018. Jenže Mars není každé dva roky stejně vzdálený od Země. Někdy je o něco blíž a tím se i otevírá kratší cesta k Marsu – a přesně to Indie potřebovala. Což jednoduše znamenalo, že pokud by se start neodehrál v roce 2013, Indie by pro cestu k Marsu v následujícím startovacím oknu potřebovala větší rychlost o dalších 380 m/s. To už bylo za možnostmi rikši, tedy pardon nosiče PSLV-XL! Takže se cílilo na rok 2013, nebo by se muselo čekat až do roku 2020. To by ale nebylo jisté, že se to podaří před Čínou!

Posměšná karikatura, která vyšla v New York Times. Zdroj: New York Times

Ze Šriharikota na Mars

Ve světě byla většinově indická marsovská mise vnímána spíše s posměchem. Vždyť jak by mohla uspět podfinancovaná, narychlo realizovaná první mise k Marsu Indické agentury, když se to nepovedlo daleko lépe financovaným programům? O to větší touha to dokázat v Indii rostla. Pro mnohé v týmu to nebyla jen práce, ale realizace snu. Nemělo by se zapomínat, že prakticky každý vědecký úspěch byl někdy považován za vtip. A pro většinu pracovníků nebyla ISRO nikdy Indickou vesmírnou výzkumnou organizací (Indian Space Research Organisation), ale Organizací pro nemožný vesmírný výzkum (Impossible Space Research Organisation). Sen není to, co vidíte ve spánku… Sen je něco, co vás nenechá spát!

Mangalyaan je složenina slov Mangala znamená Mars a Yaan družice, či sonda. Své jméno MOM si automat vysloužil až o něco později. Inspirací byly inženýrky spolupracující na realizaci. Ženy hrají v Indii ve vědeckých kruzích významnou roli a země to dává často i najevo. Tým ISRO musel hodně přemýšlet, aby dostal sondu k Marsu raketou, která nebyla navržena pro tento druh letů. Standardně vynese PSLV-XL náklad na oběžnou dráhu za 12 minut. Poté už většinou družice pokračuje v cestě (pokud je třeba) díky vlastnímu pohonu. MOM měla ovšem úplně jiný profil letu, než je běžné. Inženýrům se podařilo dostat možnosti rakety na maximum a ušetřit palivo umístěním sondy na vysoce excentrickou dráhu s parametry 248 x 23,550 km se sklonem 19.27 stupňů. Trvalo měsíc, než se MOM zbavila okovů pozemské gravitace nabrala dostatečnou rychlost a zamířila k Marsu.

Sonda prováděla krátké série zážehů, než se dostala na cestu k rudé planetě. Každý zážeh probíhal v bodě, kdy byla MOM Zemi nejblíže. Tomuto bodu říkáme perigeum. Celkem došlo k 5 zážehům a šestý dostal sondu na cestu k Marsu. Cesta měla celkem tři fáze – geocentrickou, heliocentrickou a marsovskou (areocentrická). První fáze byla spojena se Zemí a urychlením sondy postupným navyšováním dráhy. Marsovská fáze nastala, když se MOM přiblížila na vzdálenost 573 km. Cesta mezi planetami pak byla ovlivněna Sluncem. Vše vyžadovalo preciznost. Načasování bylo vše. Kdyby sonda přilétla k Marsu dříve nebo o něco později, nemuselo by se podařit usazení na oběžné dráze, a MOM mohla prašný svět minout anebo se do něj trefit. Přesné plánování bylo kritické.

Dostat sondu MOM raketou PSLV na oběžnou dráhu Marsu byl oříšek. Omezené množství paliva i nedostatečný výkon rakety se podařilo vyřešit gravitační asistencí Země. Zdroj: ISRO

Marťanské miminko z Indie

Jedním z hlavních cílů první indické mise k Marsu bylo vyvinout technologie pro navrhování, plánování, řízení a provoz meziplanetární mise. Hlavní cíle ve zkratce byly následující:

Technologické cíle

• Návrh a realizace sondy pro oběžnou dráhu Marsu se schopností přežít a provádět manévry pomocí Zemské gravitace, cestovní fáze v délce 300 dní letu, pobyt na oběžné dráze okolo Marsu.
  Navedení na tuto oběžnou dráhu / usazení na tuto dráhu.
• Komunikace v hlubokém vesmíru, navigace, plánování a řízení mise meziplanetární mise.
• Začlenění autonomních funkcí pro řešení nepředvídaných situací.

Vědecké cíle

• Výzkum povrchových vlastností Marsu, morfologie, topografie, mineralogie a výzkum marsovské atmosféry s využitím vlastních vědeckých přístrojů.

Nosné raketě se musela přizpůsobit i samotná sonda, která měla vzniknout v rekordním čase. Šlo o stejný základ, jako byl použit u měsíční sondy Čandraján-1. Tělo bylo odvozeno z družice IRS/INSAT, které se mnohokrát osvědčilo. Je vyrobeno z hliníku a prostředkem prochází tunel s nádržemi a pohonnou látkou. Směsí oxidu dusičitého a  monomethylhydrazinu, který je sice vysoce toxický, ale dá se dlouhodobě skladovat. Tunel je na jedné straně ukončen tryskou motoru. Úkol byl jasný vše muselo být co nejlehčí. Váha celého automatu nesměla přesáhnout 1350 kg. Optimalizační opatření a úpravy umožnily realizaci projektu s konečnou hmotností sondy vážící 1337,2 kg. Podrobnosti o hmotnosti systémů kosmické lodi uvádí tabulka, kterou jsem vytvořil z dostupných dat.

Hmotnostní tabulka vytvořena z dat ISRO. Zdroj: Autor

K úspěchu pomohly i nezdary jiných Zemí. Japonský automat selhal kvůli špatně vyřešenému odstínění proti radiaci, která poškodila řídící systémy Nozomi. Indičtí konstruktéři tedy tento problém nepodcenili. Přístroje MOM byly navrženy, aby odolaly akumulaci 9 rad (0.09 gray, Gy) uvnitř sondy a z venku dokázal automat odolat 15 rad (0.15 Gy). Pokud uvážíme, že cesta družice nebyla přímá a byl vyžadován delší pobyt na vysoce excentrické dráze kolem Země, tak to bylo více než nutné. MOM prošla 39krát Van Allenovými radiačními pásy!

První snímek ze sondy Mangalyaan pořízení 70 000 km od Země. Zdroj: ISRO

Start nastal 5. listopadu 2013 a povedl se na jedničku. Sonda měla zamířit nikoliv tam, kde byl Mars v tu chvíli, ale na místo, kde by měla planeta být v září roku 2014. Ač měla ISRO již nějaké zkušenosti, tak na MOM bylo třeba daleko víc. Chyběla komunikační síť, a tak si automat musel umět poradit v mnoha případech bez komunikace. Takto vysoká úroveň autonomie byla úplně nová kapitola a vědci se učili doslova za pochodu. Někteří na misi pracovali i dvacet hodin denně, jen aby se podařilo odstartovat včas. V takovém prostředí se chyby doslova nabízejí, ale ISRO mělo štěstí. Obrovské vzepětí pracovníků stálo za faktickým úspěchem této mise. Vědci pracující na MOM jí sami říkali marsovské miminko. Po cestě dlouhé 667 milionů kilometrů a 300 dnech po startu, bylo na čase sondu probudit. 24. září 2014 se stal malý zázrak a MOM vstoupila brzdícím zážehem na oběžnou dráhu Marsu. Eliptická dráha měla parametry 421 × 76 993 km. Indie se stala první zemí na světě, která něco podobného dokázala na první pokus! (Na první pokus u Marsu uspěla i ESA s misí Mars Express, ale v tomto případě se nejedná o jeden stát). Vše proběhlo v autonomním režimu a když sonda poprvé zašla za planetu, středisko pevně doufalo, že vše proběhlo podle plánu. O par minut později již MOM nasměrovala anténu k Zemi a poslala první pozdrav domů z oběžné dráhy rudé planety, kde obíhala do začátku dubna 2022. Pouhých pár dnů před MOM se na dráze usadila také sonda NASA – MAVEN. Co je na tom všem ale asi nejvíce inspirativní, je fakt, že indická mise k Marsu byla v porovnání se standardy ostatních zemí velice levná. Jde o nejlevnější sondu vyslanou k rudé planetě v historii. Stavba MOM vyšla asi na 74 milionů dolarů. Zejména díky absenci důkladného testování, vycházení z existujících technologií a dlouhé pracovní době zaměstnanců se to povedlo. Družice MAVEN od NASA, která dorazila k rudé planetě o pár dní dřív, stála 671 milionů dolarů. Ano, je také mnohem důmyslnější, ovšem nic to neubírá faktu, jak neuvěřitelný úspěch Indie to byl. Rozpočet mise byl tak nízký, že hollywoodské filmy mají i několikanásobně větší rozpočty. Také dopravní letadla společnosti Boeing stojí více. Ty ovšem nelétají na „výlet“ k Marsu… Pokračování příště.

„Z vědomosti o Marsu vyplyne pokrok hvězdářský a ze studia této planety vyplyne pokrok naší vědy.“ Johanes Kepler

Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia.jpg
https://planetary.s3.amazonaws.com/.png
https://globindian.files.wordpress.com
https://i0.wp.com/www.opindia..jpg
https://globindian.files.wordpress..jpg
https://www.spaceflightinsider.com.png
https://globindian.files.word.jpg