Kosmotýdeník 548 (13.3. – 19.3)

Kosmotýdeník 548 (13.3. – 19.3)

19. března 2023

Sedm dní uteklo jako voda a proto je ideální čas na další pravidelný přehled těch nejzajímavějších událostí, které za poslední týden přinesla kosmonautika. V hlavním tématu Kosmotýdeníku se tentokrát podíváme na to, jak je těžké zjišťovat hladinu paliva u více než dvacet let staré sondy na oběžné dráze Marsu, když nemá palivoměr. V dalších tématech se můžete těšit na rekapitulaci čínských kosmických startů, anebo nové skafandry od NASA a firmy Axiom Space. Přeji vám dobré čtení a pěknou neděli.

Měření paliva bez palivoměru

Popis sondy Mars Odyssey
Zdroj: https://d2pn8kiwq2w21t.cloudfront.net/

Nejstarší funkční průzkumník Marsu, sonda Mars Odyssey, má za sebou už více jak dvacet let služby na oběžné dráze Marsu. Kolem Rudé planety už provedla více než 94 000 oběhů. Jak dlouho může ještě fungovat? Zdá se, že největším omezením by mohly být zbývající zásoby paliva – hydrazinu, díky němuž se udržuje orientace sondy. Nicméně sonda nemá palivoměr a zjistit kolik paliva vlastně zbývá, je poměrně komplikovaný oříšek. Jediný způsob, jak zbývající palivo spočítat, může obstarat pouze stará dobrá matematika a fyzika.

Mars Odyssey je jedna ze stálic, vyslanců lidstva, kteří dlouhodobě zajišťují dobré spojení s Marsem a také přinášejí důležité vědecké poznatky. Nasbíraná data touto sondou jsou za ty roky velmi obsáhlá a napomohla k objevu a porozumění mnoha věcí ohledně Marsu: Sonda například zmapovala minerály na povrchu Marsu, což vědcům umožnilo lépe pochopit historii planety. Odyssey našla ložiska ledu, která by mohla být využita budoucími astronauty. Studovala radiaci, která je zásadním nebezpečím pro pilotované výpravy a prozkoumala potenciální místa přistání pro budoucí mise. Odyssey také patří k malé konstelaci orbitálních sond, které předávají na Zemi data z roverů a landerů NASA, což umožňuje jejich efektivní řízení a získávání fotek a dat.

V loňském roce se však zdálo, že Odyssey dochází dech: Výpočty ukázaly, že zásoba hydrazinu je mnohem nižší, než se očekávalo. Odyssey odstartovala v roce 2001 s 225,3 kg hydrazinového paliva. Protože na palubě neexistuje žádný palivoměr, inženýři používali různé způsoby, jak odvodit, kolik hydrazinu sonda v průběhu času spotřebovala. Jedním ze způsobů, jak měřit množství paliva, je zahřívat obě palivové nádrže kosmické sondy a sledovat, za jak dlouho dosáhnou určité teploty. Podobně jako u rychlovarné konvice se téměř prázdná palivová nádrž zahřeje rychleji než plná. To se ostatně ukázalo při odhadu paliva provedeném na Odyssey v létě 2021. Výpočty tehdy ukázaly, že k dispozici zbývá asi 5 kilogramů pohonných látek – méně, než předpokládalo modelování mise. Další odhad v lednu 2022 ukázal, že zbývá pouze 2,8 kilogramu hydrazinu.

Snímek, který pořídila Mars Odyssey ukazuje marsovské černé duny
Zdroj: https://d2pn8kiwq2w21t.cloudfront.net/

Pokud by tyto údaje byly přesné, Odyssey by za necelý následující rok definitivně vyčerpala zásoby svého paliva. To se ovšem jevilo jako nepravděpodobné. Buď došlo k nějakému poškození palivového systému, nebo něco nesedělo ve výpočtech týmu. Následovaly měsíce testování a intenzivního zkoumání. Po prozkoumání záhady chybějícího paliva se inženýři mise dozvěděli nové věci o tom, jak se složitý palivový systém stárnoucí kosmické sondy chová za letu. Jejich závěr byl překvapivý: Sonda by měla mít dostatek paliva, aby vydržela minimálně do konce roku 2025.

Jak Odyssey používá hydrazin? Sonda ke své orientaci mnoho paliva nepotřebuje. Solární panely napájejí její systémy, zatímco tři strategicky umístěná reakční kola pomáhají orbiteru nasměrovat vědecké přístroje na povrch Marsu. Když se reakční kola otáčejí uvnitř těla sondy, vytvářejí točivý moment, který způsobuje, že se Odyssey pohybuje v opačném směru, než se otáčí kola. „Tato reakční kola musí spolupracovat, aby udržovala směr sondy,“ řekl vedoucí mise Odyssey Jared Call z JPL NASA v jižní Kalifornii. „Ale vzhledem k tomu, že Odyssey na každém oběhu dokončí celou smyčku, potřebujete způsob, jak rostoucí hybnost zpomalit.“ K tomu slouží hydrazin, který Odyssey používá. Trysky kosmické sondy používají tuto pohonnou látku v malých, vypočítaných dávkách, aby působily proti narůstající hybnosti reakčních kol.

Je to taková týmová práce. Když tedy výpočty ukázaly, že je zásoba pohonných látek nižší, než se očekávalo, inženýři z JPL začali spolupracovat s inženýry ze společnosti Lockheed Martin, která Odyssey postavila, zajišťuje provoz mise a poskytuje technickou podporu kosmické sondy. „Nejprve jsme museli ověřit, zda je sonda v pořádku,“ řekl Joseph Hunt, vedoucí projektu Odyssey v JPL. „Poté, co jsme vyloučili možnost úniku paliva nebo to, že jsme spálili více paliva, než se odhadovalo, jsme se začali zabývat naším měřicím procesem.“

Stejně jako všechny kosmické lodě je i Odyssey závislá na ohřívačích, které udržují různé části, včetně palivových nádrží, v provozních teplotách odolávajících okolnímu kosmickému chladu. Yendlera zajímalo, zda se do výpočtu zbývajících pohonných látek nepřidává teplo z nějakého jiného zdroje na kosmické sondě, což by mohlo zkreslovat měření paliva. Po mnoha experimentech tým potvrdil, že tomu tak je: Ohřívače podél palivového potrubí spojujícího nádrže je zahřívaly rychleji, než se očekávalo, takže se zdálo, že nádrže jsou téměř prázdné. „Naše metoda měření byla v pořádku. Problém byl v tom, že dynamika tekutin, k níž dochází na palubě Odyssey, je složitější, než jsme si mysleli,“ řekl Call.

Poté, co tým zjistil, kolik tepla nebylo v jejich výpočtech zohledněno, dospěl k závěru, že v Odyssey zbývají asi 4 kg hydrazinu. To je dost na to, aby mise vydržela ještě několik let. Ačkoli se toto číslo může změnit, protože tým pracuje na zpřesnění měření paliva. Nyní si ale tým oddechne, protože lépe rozumí své kosmické sondě a na další zpřesňující měření bude mít více času. „Je to trochu jako náš proces vědeckého objevování,“ řekl Call. „Zkoumáte nějakou technickou záležitost, aniž byste věděli, co přesně najdete. A čím déle zkoumáte, tím více toho najdete.“

Kosmický přehled týdne:

Po vlažném rozjezdu na začátku letošního roku začíná Čína opět zvyšovat kadenci kosmických startů. Tento týden proběhly hned tři. V pondělí 13. března odstartovala z Jiuquan Satellite Launch Center (JSLC) raketa CZ-2C a vynesla egyptskou pozorovací družici Horus 2 na oběžnou dráhu o parametrech 489 × 502 km se sklonem 97,5 stupně. Už ve středu 15. března, byla opět z JSLC vypuštěna raketa CZ-11, která vynesla čínskou experimentální družici Shiyan-19, která patří do skupiny družic, které jsou vynášeny různými nosiči, a obecně se nepíše nic podrobného o jejich vybavení a účelu. Devatenáctka má být použita pro kartografii, plánování měst a zmírňování následků katastrof. A konečně v pátek 17. března odstartovala ze střediska Xichang Satellite Launch Center (XSLC) raketa CZ-3B/E a vynesla družici Gaofen-13-02, což je optická družice dálkového průzkumu Země umístěná na vysoké oběžné dráze, která bude oficiálně využívána pro snižování následků mimořádných událostí, kartografii, pozorování oceánů, správu životního prostředí, meteorologické pozorování a další. Tento obecný zástupný popis byl uveden již dříve, aniž by byl odhalen podrobný účel družice.

Start CZ-2C
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com/

Start CZ-11
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com/

Raketa Electron uskutečnila 16. března úspěšný start z kosmodromu MARS v USA a vynesla dvě družice konstelace Capella. Podívejte se na pěkné fotky ze startu.

Start rakety Electron
Zdroj: https://www.flickr.com/photos/rocketlab/

Přehled z Kosmonautixu:

Jako každý týden i tentokrát zde naleznete rubriku, která vám zrekapituluje všechna témata, kterým jsme se věnovali v rámci na tomto webu vydávaných článků. Vydáváme minimálně dva články o kosmonautice denně, pojďme si je připomenout. Začali jsme čerstvým vydáním pořadu Vesmírná technika, který se tentokrát podíval na historické úvahy o kosmických teleskopech. Jednou ze zásadních zpráv týdne byla ta, že nejen Progress MS-21 a Sojuz MS-22, ale že problém možná mají i další lodě. Z Bajkonuru v tomto týdnu odstartovala raketa Proton, která vynesla družici Luč. Ani toto úterý jste nepřišli o nový díl seriálu, který sleduje vznik a vývoj prvního pilotovaného programu lidstva – Vostoku. Ve středu odstartovala první raketa Falcon 9 tohoto týdne a úspěšně vynesla nákladní loď Dragon 2 k cestě k Mezinárodní kosmické stanici. I tento měsíc jsme pro vás připravili přehled aktuálního pokroku pří přípravě nové mezinárodní kosmické stanice u Měsíce se jménem Gateway. Největší událostí bylo představení nových skafandrů, které vznikly ve spolupráci NASA a firmy Axiom Space a které budou používat astronauti mise Artemis III pro vycházky po Měsíci. Poté, co nákladní loď Dragon 2 odstartovala, jsme Živě a česky sledovali také její připojení k Mezinárodní kosmické stanici. Druhý den po představení nových skafandrů jsme této novince věnovali celý článek, který shrnul doposud známé informace. Další dobrá zpráva ohledně průzkumu Měsíce přišla opět od NASA, která začala stavbu roveru VIPER. Poněkud netradiční článek jsme věnovali také tomu, jak fotit starty raket, díky Janu Březinovi, který s tím má velké zkušenosti. Se starty Falconů 9 se tento týden roztrhl pytel a tak jsme během pěti hodin mohli sledovat hned dva starty. Při jednom se na oběžnou dráhu dostala další várka družic Starlink a při druhém dvě telekomunikační družice SES. Byla prezentována studie, která naznačuje, že by na Venuši mohl být aktivní vulkanismus. Jak týden začal, tak i končil – novým dílem pořadu Vesmírná technika.

Snímek týdne:

NASA a společnosti Axiom Space představily nové skafandry, které budou používat astronauti při misi Artemis III při výstupu na povrchu Měsíce. Skafandry mají netradiční černou barvu, která však byla použita pro prezentaci. Ve výsledku přinášejí hlavně zvýšenou pohyblivost, pohodlnost, zvýšenou odolnost vůči nízkým teplotám a měsíčnímu prachu. Skafandry byla jedna z velkých výzev, která čekala NASA ještě před návratem lidí na povrch Měsíce a ta je nyní na dobré cestě k řešení.