Létající stroje nejsou jen doménou Země. Vědci, inženýři a kosmické agentury už desítky let zkoumají, jak posílat drony, balony, letouny a další roztodivné automaty na jiné planety a měsíce. A jejich nasazení bude stoupat. Všechny sondy, družice, moduly jsou samozřejmě také  létající stroje, ale nás bude zajímat jiná, užší  kategorie automatů. Od Marsu po Venuši až do odlehlých koutů Sluneční soustavy, tyto technologie nám pomáhají odhalovat tajemství vesmíru. Pojďme se podívat na pár nejzajímavějších nápadů z minulosti, přítomnosti, ale i budoucnosti.

1. Balóny nad Venuší: Sovětský program Vega a odvážný průzkum atmosféry

Program Vega byl mezinárodní sérií kosmických misí zaměřených na průzkum planety Venuše, který probíhal do roku 1986. Jedním z nejzajímavějších technologicky průkopnických počinů v rámci tohoto programu bylo vyslání balónů do husté atmosféry planety během misí Vega 1 a Vega 2. Jde o méně známé prvenství, ale přitom šlo o vůbec první létající tělesa vypuštěná na jiné planetě. Nebyl to však počin jen Sovětského svazu – na misi se podíleli vědci z Francie, Rakouska, Bulharska, Maďarska, Československa, Polska, Německa a dalších zemí. Právě Francouzi měli klíčovou roli: dodali technologii pro balónové průzkumníky, kteří byly vrcholem tehdejšího výzkumu Venuše.
Každá sonda řady Vega měla dva hlavní úkoly. Průzkum naší sesterské planety a později průlet kolem Halleyovy komety. Na Venuši sondy dorazily v červnu 1985 krátce za sebou. Oba automaty nesly přistávací modul a průzkumný balon pro atmosféru. Zatímco přistávací moduly sbíraly data z povrchu (i když Vega 1 kvůli chybě při silném větru selhala), balóny se vydaly tam kam nikdo předními – do divokých oblaků nehostinné Venuše. A ač se to možná nezdá, tak tamní atmosféra je pro létání jako stvořená, protože je asi 94krát hustší než na Zemi! Není to ale tak jednoduché, jak se zdá. Obsahuje totiž žíravé látky a je plná turbulencí. Sověti spolu s Francouzi tehdy navrhli geniální řešení. Jednoduché aerostaty naplněné heliem, které dokázaly plout ve výšce asi 54 km nad povrchem, kde je tlak podobný tomu na Zemi a teplota okolo kolem 50 °C. Což je vzhledem k povrchovým podmínkám doslova ráj. Úkolem aerostatů bylo měřit teplotu, tlak, rychlost větru, vertikální proudy a hustotu oblaků během 46 hodin, než se vybijí baterie. Balóny naplněny héliem pluly ve výšce od zhruba 52 do 54 km, unášeny větry o rychlostí až 240 km/h. Za tu dobu obepluly přibližně třetinu planety. Jak ale zvládly tak extrémní prostředí? Balóny měly průměr 3,54 metru a byly vyrobeny z tenké, ale extrémně odolné tkaniny potažené polytetrafluorethylenem (PTFE), známým jako teflon. Tento materiál byl klíčový, protože odolával chemickému naleptání kyselinou sírovou v oblacích Venuše. PTFE je také tepelně stabilní, což zajistilo, že se tkanina nerozpadla při teplotách kolem 50 °C. Tloušťka obalu byla pečlivě navržena, aby vydržela tlak a turbulence, ale zároveň byla dost lehká, aby balón mohl plout. Celý systém – balón, gondola s přístroji a podpůrné vybavení vážil pouhých 21 kg. Z toho gondola zavěšené na 12metrovém laně s přístroji vážila pouhých 6,9 kg.

Co se podařilo odhalit? Aerostaty Vega odhalily, že atmosféra Venuše je mnohem divočejší, než vědci dříve čekali. Atmosféra byla plná konvektivních proudů, které způsobovaly prudké změny výšky balónů. Prudké poklesy gondoly i kilometry nebyly nic výjimečného. Ve výšce 54 km byly podmínky relativně příjemné – teplota kolem 40 až 50 °C a tlak podobný zemskému. Panovala vysoká oblačnost s příměsí kyseliny sírové. Dohromady balóny překonaly vzdálenost 11 000 km za 46,5 hodiny. Bylo to poprvé, kdy lidstvo stabilně létalo v atmosféře jiné planety, ne však naposledy.

Kde: Atmosféra Venuše 52-54 km nad povrchem v rovníkové oblasti nad noční a denní stranou planety.
Kdy: Sonda Vega 1 vypustila balón 11. června 1985, Vega 2 dne 15. června 1985. Oba operovaly přes 46 hodin.
Proč jsou výjimečné: První aerostaty v atmosféře jiné planety – krok do neznáma. Důmyslná, ale jednoduchá konstrukce. Poprvé měřily dynamiku venušiny atmosféry (hurikánové větry, vertikální proudy) přímo na místě, odhalily přítomnost kyseliny sírové a chlorovodíkové a ukázaly, že i v drsných podmínkách lze provádět dlouhodobý průzkum.

2. Huygens a záhady Saturnova měsíce

Představte si svět, kde je takové chladno, že z nebe padá kapalný metan, který na povrchu tvoří jezera a celé řeky. Místo, kde obloha je oranžová a neprostupná. Pohled na noční nebe je tedy velmi ztížený a dokonce i blízká planeta Saturn, je vidět mezi mračny jen zřídka. To je měsíc Titan. Právě tam v roce 2005 NASA a Evropská kosmická agentura (ESA) v rámci mise Cassini-Huygens vyslala sestupové pouzdro Huygens, která vstoupilo do husté atmosféry neznámého světa, aby nám o něm prozradilo ještě více. Titan je totiž mimořádně zajímavý měsíc, je například větší než planeta Merkur a může být příkladem, jak to kdysi dávno mohlo vypadat s počátkem života na Zemi.
Pouzdro Huygens sice nemělo křídla, aby mohlo plachtit v atmosféře a ani to nebyl balón, aby se mohl vznášet. Přesto je to jedna z nejroztodivnější věcí, kterou jsme kdy vypustili mimo Zemi a do našeho výčtu patří, už jen kvůli tomu, že cesta na povrch trvala přes dvě hodiny, a to díky zpomalení sérii padáků a také kvůli tamní husté atmosféře. Konkrétně sestup trval 2 h 32minut a v průběhu letu byla provedena celá řada měření přístroji na palubě. Pouzdro vážilo 318 kg a bylo doslova prošpekováno vědeckým vybavením. Proti tepelnému namáhání bylo pouzdro chráněno krytem o celkové hmotnosti asi 100 kg, tvořeným vpředu ablativním štítem na ochranu proti žáru během sestupu a na zádi hliníkovým překrytem, pod nímž byl umístěn padákový systém tvořený třemi postupně vypouštěnými nylonovými padáky: pilotním, hlavním a stabilizačním. Proti prochladnutí bylo přístrojové pouzdro vybaveno 35 topnými elementy s plutoniem 238.

Pouzdro Huygens nám o Titanu například prozradilo, že atmosféra je asi 1,5krát hustší než zemská a plná organických částic, které vznikají chemickými reakcemi mezi metanem a slunečním zářením. Tyto částice vytvářejí hustý opar, který blokuje viditelné světlo. Na povrchu bychom to vnímali jako mlhu. Dříve měli vědci za to, že mlžný opar je jen vysoko nad povrchem. Huygens ale dokázál, že tomu tak není a mlhavo, i když mnohem menší je i na povrchu planety. Získali jsme také snímky a video ze sestupu. Krom toho i po přistání se podařilo udržet spojení téměř 90 minut. Bohužel se však nepovedlo získat všechna vysílaná data, protože v důsledku programátorské chyby nedošlo k přijetí dat z druhého kanálu vysílače a došlo ke ztrátě přibližně poloviny informací odvysílaných na sondu Cassini, které nebyly nahrány do palubní paměti, a proto nemohly být později předány na Zemi.
Toto malé pouzdro plachtící v atmosféře neznámého světa drží dodnes rekord nejvzdálenějšího přistání člověkem vyrobeného přístroje na kosmickém tělese a je připomínkou lidského důmyslu.

Kde: Saturnův systém, měsíc Titan (Huygens).
Kdy: Start sondy Cassini-Huygens 15. října 1997, přílet k Saturnu 1. července 2004, přistání pouzdra Huygens na Titanu 14. ledna 2005 v oblasti Xanadu.
Proč je výjimečný: První přistání na měsíci ve vnější Sluneční soustavě – krok do neznáma. Huygens odhalil na Titanu metanová jezera, řeky a prebiotickou chemii.

3. Ingenuity a jeho dobrodružství na Marsu

Když v roce 2021 přistál na Marsu rover Perseverance, měl pod svým kovovým břichem schovaný nenápadný poklad: vrtulníček nebo také dron Ingenuity (Vynalézavost). Stal se průkopníkem, který ukázal, že létat na jiné planetě je možné. S váhou pouhých 1,8 kg a rozměry jako krabice od bot dokázal přepsat historii dobývaní vesmíru. Naučit létat cokoli v podmínkách, které panují na Marsu není tak jednoduché, jak se možná na první pohled zdá. Marsovská atmosféra dosahuje jen 1 až 2% hustoty té zemské, takže Ingenuity je v podstatě mistrem v lehké váze létaní. Trup byl vyroben převážně z hliníku a uhlíkových kompozitů, stejně jako povrch dvou rotorů o průměru 1,2 metru optimalizovaných pro maximální vztlak. K tomu, aby zvedly celý stroj v tak řídkém vzduchu, bylo třeba hlavně vysokých otáček. Proti sobě rotovaly minimálně 2 400krát za minutu. Pro modelování aerodynamiky rotoru přitom neexistovaly teoretické podklady a z velké části šlo jen o předpoklady. Samotná konstrukce, ovládání nebo komunikace byla sama o sobě tak složitá, že nebylo předem v plánu s vrtulníčkem provádět na Marsu žádné další „psí kusy“.

Srdcem Ingenuity bylo šest lithium-iontových baterií umístěných v trupu. Energie pocházela ze solárního panelu na vrchu rotorů (plocha cca 0,05 m²), který dobíjel baterie během marťanského dne. Panel produkoval až 90 W za optimálních podmínek, ale na prašném Marsu musel vrtulníček šetřit – jeden let (do 90 sekund) spotřeboval asi 20 % kapacity. Zbytek byl využit na odesílání dat a ohřev elektroniky při mrazivých nocích (-90 °C), který zajišťovaly malé topné jednotky. Bez nich by vrtulníček dlouho nepřežil. Překvapivé je, že většina technologií použitých na vrtulníčku je volně dostupná a prodejná. Software nebyl vytvořen speciálně na míru, protože vše běželo na operačním systému Linux. Řídící a stabilizační systém se běžně používá na některých CubeSatech, pro které byl i vyvinut.

Použitým procesorem je Snapdragon 801 z roku 2014. Tento procesor se používal i v mobilních telefonech. Zajímavostí je, že výpočetní systém Ingenuity měl vyšší výkon než vozítko Perseverance. Jednoduše proto, že je to bylo třeba. Hlavně přesná navigace a snímkování potřebují výpočetní výkon. Dále byl použit třeba laserový výškoměr od společnosti SparkFun a na těle byl i sklonoměr a další senzory. Vědci mysleli také na minulost a odkaz ve kterém pokračují. Na trup vrtulníčku byl přichycen kousek látky prvního letadla bratří Wrightů.

Ingenuity poprvé vzlétl 19. dubna 2021 na pouhých 39 sekund, ale historii letectví tím přepsal navždy. Bylo prokázáno, že let na Marsu je možný a dveře k budoucím misím se otevřely. Šlo o první řízený let na jiné planetě a to byl teprve začátek. Za tři roky mise zvládl vrtulníček neuvěřitelných 72 letů, urazil 17 km a vystoupal do výšky 24 metrů nad povrch. Po celou dobu doprovázel vozítko Perseverance a pomáhal mu v průzkumu rudé planety. Vrtulníček doplatil při posledním letu na tvrdé přistání a odnesl to jeden z rotorů, který se bohužel ulomil.

Za 118 let jsme se dostali od prvního, 39 metrů dlouhého letu na Zemi, k létání na další planetě vzdálené od nás přibližně 100 milionů kilometru. Odkaz bratří Wrightů, který započal 17. prosinec 1903, tak stále pokračuje dál. Jak symbolické, že právě kousek látky prvního letadla Kitty Hawk již spolu s Ingenuity odpočívá na Marsu.

Kde: Mars, oblast kráteru Jezero.
Kdy: První let 19. dubna 2021, mise skončila v lednu 2024 po 72 letech utržením jednoho z rotorů.
Proč je výjimečný: Ingenuity dokázal, že let je možný i v řídké marsovské atmosféře. Původně plánovaný na 5 letů překonal očekávání a pomohl roveru Perseverance mapovat terén a hledat stopy dávného života.

4. Dragonfly – Návrat na Titan

Když pouzdro Huygens v roce 2005 nahlédlo pod hustá mračna měsíce Titan a odhalilo metanová jezera a mlhavou krásu tohoto zajímavého světa, otevřelo tím dveře k dalším dobrodružstvím. A jedno takové už se dokonce chystá. NASA se rozhodla, že tamní oranžové planiny prozkoumá pomocí speciálně navrženého dronu, který pomůže odpovědět na další otázky, které za sebou zanechala nejen mise Cassini-Huygens. Tentokrát však už nepůjde o pouhý demonstrátor, ale plnohodnotný létající stroj plný vědeckých přístrojů. To ale v žádném případě neznamená, že to nebude průkopnický počin. Naopak. Ve skutečnosti půjde o nejodvážnější a nejambicióznější misi jakou kdy NASA doposud uskutečnila.

Vážka neboli Dragonfly, jak vědci tento jedinečný stroj nazývají, nebude žádný drobeček. S hmotností přibližně 450 kg až 500 kg a rozpětím přesahující 3 metry, se svou velikostí blíží největším marsovským vozítkům Perseverance a Curiosity, s tím rozdílem, že místo kol k pohybu využije křídla, respektive rotory, kterých je osm a jsou v páru na stranách těla dronu. Jde tak v podstatě o oktakoptéru. Jako zdroj energie využije vážka radioizotopický termoelektrický generátor o výkonu 70 W. To je další podobnost s již zmíněnými marsovskými rovery. Generátor bude umístěn v zadní častí ve válcovém pouzdru spolu s dobíjecími bateriemi. Na opačné straně bude „hlavička“ plná vědeckého vybavení. Místo očí zde najdeme kamery mapující terén. Právě svým specifickým tvarem dron nejvíce připomíná vážku, a proto byl i zvolen tento název. Na spodní části budou přistávací ližiny a výška bude asi 1,5 m. Každý z osmi rotorů pro pohon má průměr 1,35 m, a díky nim by se Dragonfly měl pohybovat rychlostí asi 10 m/s (36 km/h).

Počítá se i se selháním a letu by měl být stroj schopen i bez jedné lopatky nebo motoru. Kvůli vzdálenosti od Země ovšem nepůjde let ovládat v reálném čase. Proto bude vše probíhat v autonomním režimu. Výzvu představuje také prostředí, kde je silná radiace a velmi nízké teploty až -179 °C. Hustá atmosféra Titanu a nízká gravitace znamenají, že letový výkon pro danou hmotnost je asi 40krát nižší než na Zemi. Samotný let bude vždy trvat asi půl hodiny a dron během něho bude schopný vystoupat do výšky až 4 km a urazit vzdálenost asi 10 km. Poté bude následovat několikadenní fáze dobíjení baterií z generátoru (zhruba 197 h). Dragonfly je především astrobiologická mise, která má posoudit mikrobiální obyvatelnost a studovat prebiotickou chemii na různých místech měsíce Titan. Ten připomíná Zemi v rané fázi vývoje. Povrch obsahuje bohaté komplexní chemické látky bohaté na uhlík, a dokonce se zde mohou vyskytovat jak kapalná voda (přechodná), tak kapalné uhlovodíky, které mohou tvořit prebiotickou primordiální polévku neboli nám známou prapolévku. (Prapolévka neboli prebiotická polévka, je jedna z teorií vysvětlující vznik života na Zemi, jejímž autorem je ruský vědec Alexandr Ivanovič Oparin. Základní teze publikoval v roce 1924 v knize Původ života). Tato mise může tedy odpovědět i na otázky ohledně vzniku života na naší modré planetě.

Start je v plánu na rok 2028 na raketě SpaceX Falcon Heavy. Poté nás čeká šest let dlouhá cesta a k Titanu Dragonfly dorazí v roce 2034. Přistávat se bude v oblasti Shangri-La a dron se bude pohybovat směrem k impaktnímu kráteru Selk. K průzkumu poslouží 6 vědeckých paketů – DraMS: Hmotnostní spektrometr (NASA, CNES), DrACO: souprava pro odběr vzorků včetně vrtáku a jejich přenos k analýze přístrojem DraMS (Honeybee Robotics), DraGNS: spektrometr gama záření a neutronový spektrometr (Johns Hopkins APL, Lawrence Livermore National Laboratory), DraGMet: Geofyzika a meteorologie, sada meteorologických a dalších senzorů včetně seismometru (Johns Hopkins APL, Japan Aerospace Exploration Agency JAXA), DragonCam: sada panoramatických a mikroskopických kamer pro snímkování terénu a hledání vhodných míst pro přistání (Malin Space Science Systém). Tato odvážná mise má opět ambice posunout robotické výpravy po Sluneční soustavě na zcela novou úroveň. Dragonfly podrobněji prozkoumá jeden z nejzajímavějších světů, které jsme po Zemi ve vesmíru doposud našli a jeho dobrodružství se proto určitě vyplatí sledovat.

Kde: Titan, Shangri-La
Kdy: Plánovaný start v roce 2028, přistání v roce 2034.
Proč je výjimečný: Dragonfly je průzkumný dron a bude hledat známky prebiotické chemie a zkoumat metanová jezera a organické duny na Titanu.

5. Budoucnost létajících průzkumníků

Naše poslední místo ve výběru, je tak trošku podvod, protože nepůjde o jeden konkrétní stroj nebo misi. Je to spíše nahlédnutí do nadcházejících časů, co nás čeká a jaké jsou plány. Je však těžké přesně předpovídat, co přinese budoucnost, ale už nyní je jasné, že průzkum vesmíru za pomoci létajících strojů bude pokračovat. Do této sekce by tak mohl patřit prakticky jakýkoli smysluplný koncept nebo návrh budoucí vesmírné mise s dronem, či třeba balónem, vzducholodí atd. Již proběhlé mise nám jasně dokázaly, že to možné je a díky tomu se nám nabízí i lepší možnosti, jak zkoumat neznámé končiny v nadcházejících letech a fantazii se meze rozhodně nekladou. My se zde však zaměříme spíše na mise, které mají ambice, že se v bližším horizontu skutečně uskuteční. Mohla by sem zapadat i mise Dragonfly, ale je na tolik přelomová, že si zasloužila samostatnou kapitolu.

Zajímavě vypadá například indická mise k průzkumu Venuše Shukrayaan-1 (VOM). Primárně jde o sondu s velkým množstvím vědeckých přístrojů, která se usadí na oběžné dráze. Její součástí by však mohl být i balon, který se prolétne v atmosféře a fungovat by mohl  i nějakou dobu po dosednutí. Bližší informace o něm zatím ale nejsou k dispozici. Pokud se to ale skutečně podaří, tak po dlouhých letech se opět prolétneme ve fascinující atmosféře nejžhavější planety. Dlouhodobě plánuje také NASA průzkum Venuše prostřednictvím létajících strojů. Známý byl koncept vzducholodě HAVOC, ale ten k realizace nedošel. V roce 2017 byl totiž zrušen. Reálněji vypadá navrhovaná mise DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging), v rámci které by mělo být vysláno na sondě Veritas pouzdro, které by mělo „ochutnat“ tamní atmosféru a zaměřit se na dosud jen málo prozkoumanou spodní atmosféru Venuše. Pouzdro není navrženo po práci po přistání. Je tu však šance, že náraz v rychlosti asi 12 metrů za sekundu na povrch přežije a v takovém případě by přístroje mohly fungovat ještě nejméně 18 minut. Plus v názvu odkazuje na nejdříve zrušený projekt, protože byly vybrány jiné mise z programu Discovery. Návrh byl posléze revidován a znovu předložen pod názvem DAVINCI+ a zajistil si další financování.

Venuši se věnují také evropští vědci. Evropská kosmická agentura v minulosti publikovala několik konceptů vzducholodí na průzkum atmosféry, ale nakonec se rozhodli jít jinou cestou. Zvolen byl výzkum plynného obalu planety pomocí spektroskopie z oběžné dráhy. Za tímto účelem vzniká sve spolupráci s NASA sonda EnVision. Start mise je plánován v roce 2031. Její součástí však nebude žádný létající stroj. Ten bude ale součástí reálně vypadající mise na Mars v čínské režii. V plánu je  vyslání kvadrokoptéry MarsBird-VII na Mars sondou Tianwen-3 nebo dalších. Jde asi o čtyři kilogramy vážící dron se čtyřmi rotory po vzoru NASA. Čína plánuje využít tento stroj pro sběr vzorků a jejich návrat zpět na Zemi. Konečná architektura ještě není zdaleka hotová, ale je jasné, že v Číně na podobném stroji už pracují a je jen otázkou času, kdy se dozvíme více podrobností. A u rudé planety ještě zůstaneme, protože pokračovat v jeho průzkumu za pomoci létacích strojů má i NASA. Po triumfálním úspěchu vrtulníčku Ingenuity se mluví o dalších možnostech. Jedním z konceptů je třeba dron PYTHIA navržen pro průzkum marsovských lávových jeskyní v oblasti Arsia Mons. Dalším konceptem dronu od NASA je třeba MSH (Mars Science Helicopter), který by mohl nést od 2-5 kg vědeckého vybavení a zkoumat oblasti do kterých se vozítka nedostanou a možností je i využití vrtulníčku pro sběr ampulek se vzorky půdy, které už nyní odebírá rover Perseverance a některé za sebou zanechává na povrchu rudé planety. Bohužel budoucím misím NASA nepřeje politika a doposud není známe, které mise dostanou zelenou. Škrtání v rozpočtu není pro vědecké mise dobré, ale není všem dnům konec. Doufejme, že se vše nakonec povede uskutečnit, včetně návratů vzorků z Marsu ve spolupráci s Evropskou kosmickou agenturou.

Dnes není ani tak důležité, zda zmíněné stroje nakonec vzniknou, jako to, že představují pokrok v průzkumu Sluneční soustavy a obdobných počinů bude postupně přibývat. Mise jako Dragonfly nebo PYTHIA a další nás zavedou do doposud neprobádaných koutů a jen těžko si lze představit jaké záhady díky tomu ještě odhalíme.

Kde: Sluneční soustava
Kdy: Nadcházející dekády
Proč je to důležité: Průzkum Sluneční soustavy a vesmíru nám pomáhá odpovědět na nejzákladnější otázky spojenými se vznikem života.

Text v jiné podobě vyšel také v časopisu Tajemství vesmíru.

Zdroje informací:
https://cs.wikipedia.org/wiki/Program_Vega
https://cs.wikipedia.org/wiki/Cassini
https://en.wikipedia.org/wiki/Ingenuity
https://en.wikipedia.org/wiki/Dragonfly
https://cs.wikipedia.org/wiki/EnVision
https://en.wikipedia.org/wiki/DAVINCI

Zdroje obrázků:
GROK AI
https://nssdc.gsfc.nasa.gov.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki/Ingenuity.png
https://en.wikipedia.org/wiki/Ingenuity.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki/Dragonfly
https://science.nasa.gov.jpg
https://aerospaceamerica.aiaa.org.jpg