Jak jsme Vás informovali už v Kosmotýdeníku na konci letošního ledna, evropská mise Cluster míří ke svému konci. 8. září v zemské atmosféře zanikne Salsa, první ze čtyř družic. K neřízenému, ale cílenému zániku dojde nad neobydlenou oblastí jižního Pacifiku.  Během přibližně sedmdesáti let kosmických letů už do zemské atmosféry vstoupilo zhruba deset tisíc družic a stupňů raket. I přesto však experti postrádají jasnější představu o tom, co přesně se odehrává během návratu pozemské techniky do atmosféry. Experiment využívající pozorování z letadla se nyní zaměří na zánik zmíněné družice Salsa (též Cluster 2).

Vědci na palubě malého letounu budou sbírat vzácné data o tom, jak a kdy se družice rozpadne. Tyto poznatky bude možné využít do budoucna k tomu, aby podobné zániky družic byly bezpečnější a celkově udržitelnější. „Abychom udrželi vzácné oběžné dráhy Země čisté, je důležité rychle z nich odstraňovat družice, jejichž mise končí, čímž předejdeme vzniku kosmické tříště,“ říká Holger Krag, šéf oddělení kosmické bezpečnosti agentury ESA a dodává: „Vědecký výzkum zániku objektů v atmosféře je nezbytným prvkem těchto snah. Zánik družic Cluster nám může pomoci pochopit, jak navrhovat a provozovat družice, aby se daly snadno, bezpečně a udržitelně likvidovat.“

Cluster nabízí jedinečnou příležitost tím, že se jedná o soubor čtyř identických družic. Jako první zanikne už zmíněná Salsa, ale každá z družic má vstoupit do atmosféry za trochu odlišných podmínek a úhlů, čímž vyplní sen mnoha vědců – opakovatelný experiment. „Společně s našimi partnery z Astros Solutions pošleme letadlo pozorovat vstup Salsy do atmosféry. Budeme naživo sledovat oblohu, kde se bude družice potýkat s podmínkami návratu do atmosféry. Budeme tak schopni klasifikovat všechny související události, které dříve nebyly dostupné,“ vysvětluje Stijn Lemmens z oddělení ESA pro kosmickou tříšť a dodává: „Na Zemi můžeme provádět zkoušky a máme virtuální modelování, ovšem potřebujeme také pozorování návratu do atmosféry z reálného světa, abychom si udělali kompletní představu. Pozorovací experiment z letadla je pro nás úžasnou novou možností, jak sbírat data a získat jistotu v modelování budoucích misí.“

Už v lednu letošního roku operátoři určili cílovou oblast zániku Salsy na jednom z nejodlehlejších míst planety. Není to sice „teď nebo nikdy“, je to spíše „teď nebo za 24 let“. „Oběžná dráha družic Cluster je přináší velmi blízko k Zemi a pak je zase velmi vzdaluje, přičemž se jedná o dvanáctiletý cyklus,“ vysvětluje Bruno Sousa, provozní manažer mise Cluster a dodává: „Salsa se letos přirozeně přibližuje nad jižní polokouli, což jsme věděli, že povede k jejímu zachycení atmosférou. Její trajektorie byla v lednu 2024 mírně upravena, když jsme s ní manévrovali tak, aby zamířila do konkrétní oblasti jižního Pacifiku, která je co nejdále od obydlených oblastí.“

Zatímco většina družice se při návratu do atmosféry rozpadne za méně než minutu, pár částí může toto peklo přečkat. To, že družice zanikne nad volnou hladinou oceánu, velmi výrazně snižuje plochu pevniny, na kterou by mohly dopadnout trosky, takže návrat je maximálně bezpečný. Vědecký tým provádějící letecký pozorovací experiment potřebuje znát přesné místo a čas, aby se připravili na samotný experiment. Řízený zánik by to značně usnadnil, ovšem družice Cluster nebyly navrženy na tuto schopnost. Jejich vysoce eliptická oběžná dráha neumožňuje podobný cílený zánik. Vysoce excentrická oběžná dráha znamená, že Salsa v nejbližším bodě k Zemi (perigeu) vlivem gravitace Slunce a Měsíce značně ztrácí výšku. Není náhodou, že k tomu dochází během posledních oběhů Salsy.

Velké poklesy výšky (více než 30 kilometrů mezi dvěma po sobě následujícími oběhy) znamenají, že tým může přesně určit, kdy se Salsa dostane tak nízko, že překročí pomyslný práh ve výšce 80 kilometrů, kde družice začínají pomalu hořet. Právě na základě toho mohou vědci už předem vědět, že k zániku dojde 8. září. „Díky předvídatelnosti času a místa vstupu do atmosféry můžeme vybavit letadlo vědeckými přístroji a pozorovat návrat do atmosféry z takové blízkosti, jaká bude jen možná,“ říká Stijn Lemmens a dodává: „Je tu však jedna neznámá – hustota atmosféry ve stále nižších výškách. Právě proto budou pozemní stanice v dalších týdnech pečlivě poslouchat Salsu a budeme věřit, že dokáže posílat telemetrii až do úplného konce. Teleskopy tuto družici také sledují, protože drobné odchylky od ideální trajektorie, pokud se nějaké objeví, by byly důležité pro letový plán z Velikonočního ostrova.“

Není snadné provádět leteckou experimentální pozorovací kampaň na místě, které jste si vybrali pro jeho odlehlost. „Letecká pozorovací mise ROSIE-Salsa je společnou snahou akademických partnerů ze Stuttgartské univerzity, Komenského univerzity v Bratislavě, univerzity Jižního Queenslandu a průmyslových partnerů Hypersonic Technology Göttingen a Astros Solutions v úzké spolupráci s ESA,“ říká Jiří Šilha, výkonný ředitel bratislavské firmy Astros Solutions a dodává: „Je to velmi náročná mise kvůli nepředvídatelné podstatě návratů do atmosféry, což dělá z predikce takových rozpadů, ale i plánování pozice letadla pro co nejlepší pozorování, velkou výzvu. Ovšem díky odborníkům na vědu i technickou přípravu se náš tým skládá z mimořádně schopných lidí, kteří zajistí, že jakmile bude objekt na dohled, získáme všechna potřebná vědecká data.“

Letadlo bude v Austrálii vystrojeno vědeckými přístroji a poté se vydá na testovací let. Při něm se zkontroluje, zda je vše připraveno na velkou událost. Poté se týmy přesunou na Velikonoční ostrov, kde budou čekat, dokud nenastane chvíle pro jejich vzlet a setkání se Salsou. Na palubě bude hlavní vědecký pracovník ze Stuttgartské univerzity, vedoucí mise z Univerzity Jižního Queenslandu i další účastníci mise z Univerzity Komenského v Bratislavě a Astros Solutions, kteří věří, že se jim podaří naživo zachytit vstup Salsy do atmosféry. Jejich kolegové z Hypersonic Technology Göttingen podpoří vědeckou analýzu a modelování dat a rovněž pomáhají s vytvořením přesného letového plánu letadla.

Každé okno letounu bude osazené kamerami a spektrografy, které z něj budou hledět ven. Celkem bude na zánik družice Salsa hledět okolo 20 vědeckých přístrojů. Jejich citlivé senzory budou pátrat po výbuších, budou stopovat úlomky a zaznamenávat co nejvíce detailů jen jde. Jelikož k zániku dojde za dne, bude složitější objevit na jasné obloze místo vstupu družice do atmosféry. Noc by v tomto případě byla jednodušší a navíc se takhle zkrátí čas, který mají vědci k dispozici k vyladění svých přístrojů. Pro některé instrumenty je také složitější rychle odfiltrovat sluneční záření od signálů, které se snaží zachytit.

Na potvrzení, zda bylo pozorování úspěšné, se bude napjatě čekat. Může to trvat několik minut, nebo dokonce hodin, kvůli omezeným možnostem připojení v letadle a jeho extrémně izolované poloze. Vzrušující příležitost vyslat letadlo, které by živě pozorovalo návraty do atmosféry, je vzácná a slibuje řadu údajů o tom, jak a kdy přesně se družice rozpadají. Aktuální zánik družic Cluster navazuje na dřívější snahy agentury ESA – ať už šlo o zániky družic ERS-2, či Aeolus. ESA se snaží vytvořit precedens pro zodpovědný přístup ke snižování stále narůstajícího problému kosmického odpadu a nekontrolovaných návratů do atmosféry. Využívá k tomu svůj program Zero Debris, kterým se zavazuje zastavit vytváření kosmického odpadu do roku 2030.

Do konce letošního listopadu zajistí pozemní operátoři agentury ESA domanévrování zbylých tří družic Cluster tak, aby byly připraveny na své vstupy do atmosféry. Rumba (Cluster 1) má zaniknout v listopadu 2025, Samba (Cluster 3) a Tango (Cluster 4) pak přijdou na řadu v srpnu 2026. „Kromě čtyř návratů družic Cluster se těšíme také na vzrušující misi ESA DRACO. S jeho pomocí chceme získat telemetrii z družice, která zaznamenává, co se děje zevnitř během jejího vlastního návratu do atmosféry,“ popisuje Tim Flohrer, šéf oddělení kosmické tříště agentury ESA a dodává: „DRACO bude aktivně řízený návrat družice, která bude vybavena „černou skříňkou“. Ta nám poskytne telemetrické údaje, z nichž se budeme moci poučit. Pokud vše půjde dobře, doufáme, že v budoucnu budeme moci uskutečnit podobné kampaně leteckého pozorování podobných návratů do atmosféry.“

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/Cluster_satellite_reentering_Earth_s_atmosphere.jpg
https://eoportal.org/ftp/satellite-missions/c/Cluster_020622/Cluster_Auto32.jpeg
https://www.esa.int/…/Cluster_operations_team_oversees_Salsa_s_last_dance.jpg
https://www.esa.int/…/08/cluster_ii/9148228-6-eng-GB/Cluster_II.jpg
https://www.esa.int/…/26283081-3-eng-GB/Cluster_s_Salsa_reentry.jpg
https://www.esa.int/…/26283128-1-eng-GB/Cluster_reentry_ground_track.png
https://cdn.sci.esa.int/documents/34817/35562/1567218697927-17825.jpg
https://cdn.sci.esa.int/documents/34817/35562/1567219118069-21871.jpg