Během téměř 70 let kosmonautiky se do zemské atmosféry navrátilo přibližně 10 000 nezničených družic a raketových stupňů, přičemž do budoucna tato čísla určitě porostou. Ačkoliv tedy jde o poměrně častou událost, odborníkům stále chybí přesnější pochopení toho, co se vlastně děje s družicí během jejích posledních ohnivých okamžiků. Evropská kosmická agentura proto připravuje misi Draco (Destructive Reentry Assessment Container Object), která by měla z útrob družice sbírat jedinečná data během jejího skutečného návratu do atmosféry a rozpadu. Cenné údaje se budou shromažďovat ve speciálním pouzdru, které má odolat zničujícímu žáru.

Společnost Deimos podepsala první smlouvu s hodnotou 3 miliony Euro na zahájení vývoje družice. Mise Draco patří mezi malé mise z programu Kosmické bezpečnosti (Space Safety), která má mít krátkou cestu od vývoje ke startu – s jejím vypuštěním se počítá v roce 2027. Aby se cenné oběžné dráhy okolo Země udržely čisté a zabránilo se vzniku další kosmické tříště, je důležité odstraňovat z oběžných drah družice, jejichž služba se nachýlila ke konci. Agentura ESA je zavázána svým smělým projektem Zero Debris, podle kterého by po roce 2030 neměly evropské mise vytvářet žádné kosmické smetí.

Družice je možné postavit tak, aby zvládly řízený zánik, případně se s dodatečným úsilím dá dosáhnout takzvaných asistovaných zániků (jako v případě mise Aeolus), nebo cílených zániků (jako u mise Cluster). Přesto je stále efektivnější splnit pokyny pro zmírnění dopadu kosmického smetí tím, že je objekt od počátku navržen tak, že se pamatuje na jeho zánik a při návratu do atmosféry se zcela rozpadne. „Vědecké chápání návratu do atmosféry je klíčovým prvkem celého designu našich snah o bezpečnou likvidaci. Potřebujeme získat hlubší vhled do procesů, které se dějí při hoření družice v atmosféře, ale také prověřit naše modely návratů do atmosféry,“ říká Holger Krag, šéf oddělení kosmické bezpečnosti agentury ESA a dodává: „Právě proto nám jedinečná data nasbíraná misí Draco pomohou nasměrovat vývoj nových technologií tak, abychom po roce 2030 mohli stavět snáze zničitelné družice.“

Dalším důležitým aspektem návratů těles do atmosféry je sama pozemská atmosféra. Tento obor výzkumu je stále důležitější, jelikož počty startů i návratů do atmosféry rapidně rostou. Studování toho, jak části z různých materiálů, z nichž je družice vyrobena, erodují a odírají ve vyšších vrstvách atmosféry, může poskytnout informace o tom, jaké vedlejší produkty těchto procesů vznikají a kde. To vědcům umožní porozumět dopadům na životní prostředí, což následně povede k udržitelnějším konstrukcím v budoucnosti.

„I když je složité získat z družice data popisující její destrukci, tak v současné době je nemožné kompletně napodobit přesné podmínky tohoto procesu na Zemi. Můžeme v omezeném měřítku využívat experimentů k testování různých materiálů a prvků družic ve větrných tunelech,“ vysvětluje Stijn Lemmens, projektový manažer mise Draco z kanceláře ESA pro kosmickou tříšť a dodává: „Ale zatím není možné věrně napodobit neskutečnou rychlost a úroveň skutečně působících sil a pohybů nekontrolovaného zániku. Pro zevrubnější napodobení je virtuální modelování skvělým nástrojem, který si poradí s jakýmikoliv extrémy. Potřebuje však kalibrační a datové balíčky, ze kterých vychází.“

K nasbírání nového jedinečného souboru dat musí být postavena zničitelná družice s odolným pouzdrem na palubě pro lokální měření, což s sebou nese určité výzvy. „Draco potřebuje průměrnou družici pracující na oběžné dráze, aby pracoval s reprezentativním vzorkem. Tuto družici pak vybavíme senzory a kamerami, které by měly být dostatečně odolné, aby co možná nejdéle sbíraly data i v době, kdy už družice kolem nich začne odhořívat,“ vysvětluje Lemmens a dodává: „Odolné pouzdro musí být na druhou stranu schopné odolat silám působícím při návratu do atmosféry. Musí ale také být schopné ochránit počítačový systém před drsnými destrukčními procesy, zatímco bude propojen se senzory pomocí kabelů, které z něj budou vycházet jako chapadla chobotnice.“

Už v roce 2013 se ESA pokusila sledovat zánik nákladní kosmické lodě ATV zevnitř pomocí kamery. Mise Draco si klade za cíl nasbírat mnohem podrobnější soubor dat. Na rozdíl od minulých experimentů budou senzory mise Draco měřit teplotu, mechanické pnutí v různých částech samotné družice a zaznamenávat okolní tlak. Na družici budou mířit čtyři další kamery, které mají zaznamenávat destrukci družice a poskytovat informace pro širší kontext.

Celá družice Draco má vážit okolo 200 kilogramů a její rozměry ESA přirovnává k pračce. Družice nebude mít pohonný systém ani připojené navigační a komunikační systémy, protože nebude přímo řízena. Většina zániků v atmosféře je neřízená a družice jsou v době, kdy atmosféra začíná houstnout, pasivní. Cílem mise Draco je napodobit průměrný zánik v atmosféře nejlépe, jak to jen jde. Draco proto využije schopností nosné rakety, která jej vynese a navede jej na dráhu zajišťující zánik ve velmi krátkém čase. Základní plán počítá s tím, že po letu, který nebude delší než 12 hodin, během kterého družice dosáhne výšky ne více než 1 000 kilometrů, vstoupí do atmosféry nad neobydlenými oblastmi oceánu. Jeho 200 senzorů a 4 kamery budou nahrávat jeho ohnivý zánik a ukládat naměřená data do bezpečí pouzdra.

Když se družice vlivem okolního prostředí rozpadne, nebude ještě vyhráno – na misi bude hned čekat další výzva. Čtyřiceticentimetrové pouzdro může velmi rychle a nekontrolovaně rotovat. Přesto je zapotřebí, aby dokázalo bezpečně uvolnit padák bez ohledu na svou rychlost, či orientaci v prostoru. Jakmile dojde k otevření padáku, začne pouzdro klesat mnohem pomaleji. V této chvíli dojde k navázání komunikace pouzdra s družicemi na geostacionární oběžné dráze, přes které se začnou odesílat data. K odeslání nasbírané telemetrie bude k dispozici zhruba dvacetiminutové okno, na jehož konci pouzdro dosedne na hladinu oceánu, čímž zakončí svou misi.

„Draco je úžasná mise, která si posvítí do mnoha zatím neznámých koutů návratů družic do atmosféry. Ironií je, že družice i návratové pouzdro by nejvíce ze všeho dokázaly využít data, která mají samy nasbírat,“ říká Tim Flohrer, šéf kanceláře ESA pro kosmickou tříšť a dodává: „Draco nás dostane z nekonečného cyklu slepice-vejce a vytvoří odlišné datové soubory ke kalibraci našich systémů a modelů. Umožní tak pokroky v implementaci technologií pro nulové vytváření kosmické tříště v blízké budoucnosti.“

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/24584226-1-eng-GB/ESA_Space_Debris_project_-_DRACO.jpg
https://www.esa.int/…/26325286-1-eng-GB/Deimos_and_ESA_sign_contract_to_start_Draco_satellite_development.jpg
https://www.esa.int/…/Final_images_of_Aeolus_during_its_brief_phase_as_space_debris.gif
https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2013/11/atv-4_burn-up/13377670-1-eng-GB/ATV-4_burn-up.jpg