Americká sonda Europa Clipper je určena k průzkumu Jupiterova ledového měsíce Europa, u kterého bude studovat jeho obyvatelnost. Aby se ale dostala do hlubšího vesmíru, bude potřebovat pomoc od gravitačního pole Marsu. 1. března sonda prosviští jen 884 kilometrů nad povrchem rudé planety – provede zde totiž takzvaný gravitační manévr. Ten ohne a celkově pozmění trajektorii Europa Clipperu na jeho kriticky důležitou fázi cesty k Jupiteru. Blízké průlety kolem planet jsou navíc pro vědce bonusovou možností k průzkumu.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Europa Clipper přiletí k Marsu rychlostí 24,5 km/s (měřeno vůči Slunci) a k maximálnímu přiblížení k planetě dojde v 18:57 SEČ. Přibližně 12 hodin před a 12 hodin po tomto vrcholu bude sonda využívat gravitační přitažlivost Marsu k brzdění a přetváření své dráhy kolem Slunce. Až bude sonda opouštět Mars, bude se pohybovat rychlostí asi 22,5 km/s. Tento průlet nasměruje Europa Clipper na dráhu vstříc jejímu druhému gravitačnímu manévru. Její průlet kolem Země v prosinci 2026 zafunguje jako prak, který sondu urychlí a doslova vystřelí k Jupiteru. Pak už to bude přímá cesta – sonda k největší planetě naší soustavy dorazí v dubnu 2030.
„Přiletíme hodně rychle a gravitace Marsu působící na sondu ohne její dráhu,“ vysvětluje Brett Smith, systémový inženýr z jihokalifornské Jet Propulsion Laboratory a dodává: „Mezitím si s planetou vyměníme malé množství energie, takže se vydáme na cestu, která nás přivede zpět k Zemi.“ Sonda Europa Clipper byla z kennedyho kosmického střediska vynesena 14. října 2024 raketou Falcon Heavy, čímž začala její cesta k Jupiteru, který obíhá pětkrát dále od Slunce, než Země. Bez gravitačního manévru u Marsu na začátku března a u Země na konci příštího roku by šestitunová sonda potřebovala dodatečné pohonné látky, což by zvýšilo její hmotnost i cenu, případně by k Jupiteru musela cestovat mnohem déle.
Gravitační manévry jsou propočítávány už od časných fázích mise, když se inženýři snaží od začátku získat ze Sluneční soustavy co nejvíce hybnosti. Třeba známé sondy Voyager 1 a 2 vypuštěné v roce 1977 využily jedinečné pozice planet, aby prolétly kolem plynných obrů, využily jejich gravitace a zaznamenaly data o nich. Navigátoři v JPL, která řídí sondy Europa Clipper i Voyager, sice navrhují letové dráhy a používají gravitační manévry již desítky let, ale proces výpočtu trajektorie kosmické sondy vzhledem k planetám, které se neustále pohybují, není nikdy jednoduchý.
„Je to jako když hrajete kulečník po Sluneční soustavě. Prolétáváte kolem planet ve správnou chvíli a pod správným úhlem, abyste nasbírali energii potřebou k tomu, abyste doletěli k Jupiteru a Europě,“ popisuje Ben Bradley z JPL, plánovač mise Europa Clipper a dodává: „Všechno musí být podle plánu. Aby se vše podařilo, musí být geometrie objektů Sluneční soustavy přesně taková, jakou plánujeme.“ Navigátoři poslali sondu na počáteční trajektorii, která ponechávala určitou rezervu v okolí Marsu, aby v případě, že by se v týdnech po startu něco pokazilo, nehrozilo, že Europa Clipper narazí do planety. Poté tým použil motory sondy, aby se přiblížila k oběžné dráze Marsu při takzvaných manévrech pro korekci trajektorie (alias TCM = Trajectory Correction Maneuvers). Celkem pozemní týmy naplánovaly tři takové korekční manévry – jeden na počátek loňského listopadu, druhý na konec ledna a třetí na 14- února. 15 dní po průletu by měl následovat ještě jeden TCM, který zajistí, že sonda je na správné cestě. Korekční manévry však bude sonda provádět i v budoucnu. Do konce své mise (který je plánován na rok 2034) by jich mohla provést až 200.
Zatímco navigátoři spoléhají na gravitační manévry, aby sonda ušetřila pohonné látky a udržela se na správné dráze, vědci se na tuto událost těší, protože mohou využít blízkosti planety ke zkouškám dvou palubních přístrojů. Zhruba den před maximálním přiblížením proběhne kalibrace tepelného snímače, takže v následujících měsících, kdy data dorazí na Zemi a vědci je budou zpracovávat, vznikne pestrobarevný obraz Marsu. Navíc v době blízko maximálního přiblížení bude palubní radar provádět zkoušky své činnosti. Vůbec poprvé budou všechny jeho díly otestovány společně. Radarové antény jsou tak velké (a vlny, které produkují, jsou tak dlouhé), že je inženýři na Zemi před startem nemohou řádně otestovat.
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/02/1-clipper-mga.png
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/02/e2-pia26435-clipper-trajectory-update.jpg
Myslel jsem, že aspoň trochu chápu hlavní principy orbitální mechaniky, ale není tomu tak.
Třeba proč sonda nejdřív musí zpomalit aby následně zrychlila.
Protože to asi bude vyžadovat obsáhlejší vysvětlování a nějaké pomocné obrázky/videa, nechám si to na zítřejší pokec 🙂
Na tomto místě se alespoň zeptám, jaké je řádově Δv TCM manévrů.
je pravda, že pro laika jsou gravitační manévry na první pohled ne-intuitivní a protože já nejsem žádný odborník a taky v tom plavu, vzal jsem si na pomoc AI, která mi to vysvětlila takto: „V tomto případě je účelem gravitačního manévru u Marsu zpomalení sondy, aby se dostala na správnou dráhu pro další gravitační manévr kolem Země. Tím, že se zpomalí, sonda změní svou dráhu kolem Slunce a přiblíží se k Zemi ve vhodné pozici a rychlosti. Při průletu kolem Země v prosinci 2026 sonda opět získá rychlost a nasměruje se přímo k Jupiteru. Gravitační manévry jsou skvělým způsobem, jak ušetřit palivo a efektivně řídit trajektorii kosmické sondy pomocí gravitace planet.“ — já to chápu tak, že kdyby EC jen prosvištěl kolem Marsu, tak poletí někam, kde Jupiter není 😀 proto si holt musí dát ještě kolečko kolem Země v 03/2026, aby pak k tomu Jupiteru opravdu doletěl…
Také jsem myslel, že cílem gravitačního praku, je průletem kolem objektů, tu rychlost neustále dale zvětšovat, ale evidentně tomu tak není a někdy je potřeba zpomalit, abych se trefil tam, kde chci zrychlit.
Zpomalování je u gravitačních manévrů docela běžné – třeba Parker Soalr Probe u Venuše pravidelně brzdila, aby jí klesala výška perihelu blíže ke Slunci.
Při cestě směrem dovnitř Sluneční soustavy je třeba sondě odebrat určitou energii a zpomalit ji.
Při cestě od Slunce je ji naopak třeba energii přidat a zrychlit ji.
A nebo naopak ještě více zpomalit, nakonec až někdy třeba tolik, aby se sonda usadila na oběžné dráze planety blízké Slunci (to je typické pro Merkur např.).
Třeba když sonda letí k Merkuru a chce se usadit na jeho oběžné dráze, musí být správně směřována a vícekrát zpomalována vnitřními planetami, pač přímo to zkrátka bez velkého množství paliva na brzdění nelze.
Letí např. nejdříve k Venuši, tam zpomalí a změní přesně dráhu, pak přiletí k Merkuru, tam dále zpomalí a změní znovu směr a letí od něj dále pryč.
Až teprve třeba po dalších dvou průletech znovu kolem Merkuru a zároveň dalším dvěma zpomalením a korekcím dráhy se teprve potom zpomalí natolik, že se nakonec při posledním přiblížení k Merkuru, již dostatečně zpomalená, usadí nakonec na oběžné dráze Merkuru jen s menšími korekcemi dráhy samotnou sondou.
Jako příklad už tu uvedl jeden z přispěvatelů sondu Parker Solar Probe, ta u Venuše opakovaně zpomalovala a korigovala tak svou dráhu při opakovaných průletech stále blíže ke Slunci – a to jí právě umožnila opakovaná gravitační asistence Venuše.
To zní pravděpodobně. Možná je gravitační efekt Marsu moc slabý na postrčení sondy až k Jupiteru, tak ho využijí jen k nasměrování zpátky z Zemi, která potřebné zrychlení udělit dokáže. Nebo je prostě jen konfigurace planet taková, že takhle klikatá cesta je v daném období jediná schůdná.
Myslím si, že jde o příhodnou konfiguraci planet v souvislosti s co nejmenší spotřebou paliva na let sondy k cíli, vše musí být dopředu dobře promyšlené a spočítané i s případnými menšími korekcemi a změnami rychlosti dráhy samotnou sondou při jejím letu k cíli.
Vzájemná konfigurace planet určuje i období možného tzv. startovacího okna ze Země, to trvá jen omezenou dobu dní a start sondy ze Země je navíc možný vždy v určitém stejném každodenním rozmezí času (záleží tedy i na tom, jak je při rotaci právě natočená Země, tedy na tom kolik je hodin).
ja si to laicky predstavujem tak, ze Slnecna sustava sedi v lieviku (gravitacnom) okolo Slnka.. doslova.. a cele to funguje okolo toho.. je to dost zjednodusene, ale vychadza mi to 🙂
Potrebujeme sa dostat hore kopcom – Mars, Jupiter – treba pridat, ist rychlo lebo je to hore kopcom. Ist hore nas naviac spomaluje.
Raketa nas dokaze vystrelit len tak, tak k Marsu.. k Marsu uz prideme pomaly, tak jeho gravitacia nas dokaze otocit, napr. spat dole kopcom k Zemi.. prakticky padame naspat a ziskavame rychlost ale nie az taku velku aby nas gravitacia Zeme nedokazala ovplyvnit pri prelete, kde uz mame rychlost z padania + pri MArse.. a toto sa vyuzije na nasmerovanie k Jupiteru, ku ktoremu hore kopcom uz prideme pomalse co umozni padnut do jeho gravitacneho lievika.. spomalovanie obdobne..
Ako stale opakujem.. toto je kompetne na zlost.. ak sa nevynajde pohon mimo 3.pohyboveho zakona, tak sa nikam nejde.. myslene Saturn + +++ hviezdy..
Nevím detaily zrovna tohohle letu, ale obecně je jeden ze „zádrhelů“, že gravitačním manévrem (slingshot) kolem určité planety nejde získat nebo ztratit rychlost vůči té samé planetě (jen změnit směr). Pokud je relativní rychlost vůči planetě malá — sonda k ní „sotva doletěla“, není kde brát pro velké deltaV.
Takže když teď kříží dráhu Marsu, je možné, že jakkoliv těsný gravitační prak by ji potřebnou rychlost vůči Slunci ani dodat nemohl. Ale pokud tenhle manévr trochu změní parametry dráhy, může při příštím setkání se Zemí mít „správný“ rozdíl (velikost a směr) rychlostí, aby se z tohoto setkání dalo vytěžit potřebná rychlost vůči Slunci.
Když se létá směrem dovnitř Sluneční soustavy blíže ke Slunci, tak je sonda potřeba zpomalovat vůči Slunci, odebrat ji přebytečnou energii, pač v podstatě by padala stále rychleji ke Slunci a byl by s ní ámen.
To je i momentální případ této sondy, letí kolem Marsu směrem k Zemi, tedy blíže ke Slunci (dovnitř Sluneční soustavy), takže u Marsu se jí odebere určitá energie vypočítaným přesným gravitačním manévrem, sonda zpomalí rychlost a změní směr.
Naopak při letu od Slunce, směrem ven ze Sluneční soustavy se sonda naopak u planety urychlí, to aby se více odpoutala od gravitace Slunce a byla schopná doletět s minimální spotřebou paliva na místo určení (v tomto případě je to Jupiter).
Např. sondy Voyager 1 a 2 se urychlovaly u každé vnější planety naší soustavy a zároveň byly nasměrovány k té další, vzdálenější od Slunce (od Jupitera po Saturn – Voyager 1) a od Jupitera po Neptun (Voyager 2), umožňovalo to v 70. a 80. letech 20. století postavení vnějších planet naší soustavy, toto příhodné postavení vzdálených planet se zopakuje od té doby až po necelých 180 letech.
Obě sondy Voyager nakonec získaly únikovou rychlost pro odpoutání se z naší soustavy (od Slunce) a budou pokračovat v cestě mezihvězdným prostorem naší Galaxie.
Tyto gravitační manévry ve Sluneční soustavě se musí ovšem pečlivě naplánovat a vypočítat, pak se ušetří hoodně paliva.
Třeba na přímou cestu sondy k Merkuru, bez gravitační asistence vnitřních planet, by bylo potřeba k brzdění a směrování sondy tolik paliva, že tak těžkou a velkou sondu by ze Země žádný raketový nosič nevynesl.