Na začátku kosmonautiky bylo potřeba vyřešit mnoho problémů. Mezi nimi bychom našli i let dvou objektů ve formaci, což je nezbytným předpokladem pro spojení obou těles. Tento princip je dnes při letech zásobovacích lodí na ISS tak běžný, že jej ani nevnímáme. Přesto na starém dobrém letu ve formaci zbývá ještě hodně prostoru pro posouvání hranic. Jednou z výzev je zvyšování počtu objektů, které ve formaci letí. Čtyři družice amerického systému MMS zrovna teď přepisují historii, protože letí v doposud nejtěsnější formaci, jaké tento počet objektů kdy dosáhl.
Možná si řeknete, že let ve formaci čtyř družic se od stejného stavu se dvěma satelity moc neliší, ale to byste se šeredně mýlili. Schválně si to představme – pro dosažení letu ve formaci dvou těles stačí srovnat parametry oběžné dráhy – především rychlost a sklon vůči rovníku a tělesa mohou letět třeba jen pár desítek centimetrů od sebe. Jenže pokud začneme přidávat další objekty, celá situace se začne komplikovat.
Zdroj: http://atrain.nasa.gov/
Nejjednodušší variantou je zařazení družic do „vláčku“ – tedy umístit je na oběžnou dráhu za sebou, ale toho se využívá jen ve větších měřítkách – třeba Zemi sledující družice systému A-train (viz třeba zde) od sebe dělí stovky kilometrů. Skutečnou výzvou je ale let ve trojrozměrné formaci – satelity MMS udržují formaci ve tvaru pravidelného čtyřstěnu, což je prostorový útvar tvořený čtyřmi stejnými rovnostrannými trojúhelníky. Ale pozor – tuto přesnou formaci mají satelity pouze když prolétají apogeem, tedy nejvyšším bodem dráhy. Pokud jsou v perigeu, letí stále ve formaci, ale ta má spíše plochý tvar a čtyřstěn nepřipomíná.
To klade na plánování oběžné dráhy velké nároky. Je proto potřeba velmi citlivě plánovat všechny změny oběžné dráhy v návaznosti na dráhy dalších tří satelitů. V těchto dnech se družice MMS přiblížily do rekordní blízkosti – strana pomyslného čtyřstěnu měří pouze 9,5 kilometru. Ještě nikdy neletěly čtyři družice ve formaci na takto malém prostoru. Možná se to zdá málo, ale je potřeba si znovu připomenout, že se celý útvar otáčí v prostoru, což znamená, že se oběžné dráhy kříží. Větší přiblížení už by mohlo být riskantní.
Na těle každé družice najdeme antény, které dávají satelitům rozpětí téměř 140 metrů. Právě díky nim mohou tyto identické satelity měřit elektrické a magnetické parametry zemské magnetosféry. Konkrétně jde o fenomén, který se nazývá magnetické přepojení (magnetic reconnection). Tento jev vzniká když se siločáry zemského magnetického pole spojují a rozpojují od siločar slunečního větru. Při tom dojde k uvolnění energie, která může urychlit některé částice až na rychlost blízkou rychlosti světla. Právě v těchto zajímavých a doposud neprozkoumaných oblastech družice MMS obíhají.
Zdroj: nasa.gov
K vědeckému výzkumu jim slouží i jejich let ve formaci, kterou je možné podle potřeby zvětšovat či zmenšovat. Po startu v březnu probíhala kontrola palubních systémů a navádění do formace. Vůbec poprvé zaujaly družice svou formaci v červnu, tehdy ale měřila každá strana čtyřstěnu 160 kilometrů. Přípravná fáze skončila v srpnu a nyní probíhá první část vědecké fáze. Přibližování pochopitelně nemohlo proběhnout skokově. Satelity postupně přecházely na vzdálenost 64 kilometrů, později 24 a nakonec se 15. října usadily pouhých 9,5 km od sebe. Týmy přitom vyhodnocují data a zjišťují, která velikost čtyřstěnu byla ideální a do té později družice navedou.
Zdroje informací:
http://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/mmsshape_0.png
http://atrain.nasa.gov/images/A-TrainTime_Web.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/images/mms_study_areas-428.jpg
Let vo formácii je zaujímavý problém. A väčší, než by sa mohlo zdať. Okrem klasického vláčiku mi nenapadá žiadny variant na dlhodobé udržanie rovnakej vzdialenosti. Rovnobežný let v rovnakej výške? Nezmysel, všetky telesá musia obiehať ťažisko Zeme (vlastne spoločné ťažisko systému Zem-družica, ktoré sa ale od ťažiska Zeme nelíši), takže variant, že jedna družica obieha trebárs nad rovníkom a druhá povedzme rovnobežne s ňou nad 5. rovnobežkou je neuskutočniteľná. Ich dráhy nemôžu mať voči sebe nenulový sklon, musia sa pretínať. A čo družice rovnobežne nad sebou? Ani to nejde, Keplerove zákony spodnou z nich pohybujú rýchlejšie a formácia dlho nevydrží. A keby dokonca aj leteli rovnakou rýchlosťou, už len kvôli dlhšej dráhe vyššej družice by to nevydržalo…
Ono ale aj ten vláčik je dosť zákerný, pokiaľ telesá nechcú držať konštantnú vzdialenosť, ale chcú sa k sebe priblížiť. Prosté zapálenie motorov v smere letu na dohnanie predošlého „vagóna“ nepomôže – družica prejde na vyššiu a pomalšiu dráhu (teda, prejde tam jej apogeum) a namiesto priblíženia ubzikne družica pred ňou do nedohľadna… 🙂
Přesně tak, je to prostě hodně těžký oříšek.
No tak to není zase až tak principielně nemožné, za jistých okolností (malý gravitační gradient = heliocentrická dráha?) by let ve formaci měl umožnit fotonový pohonný systém s „rezonátory“ pro zvýšení tahu (nebo zde spíš „tlaku“?) mezi jednotlivými tělesy. Uvažuje se, že takový systém by mj. umožnil mimořádně přesné manévrování, takže by možná šel použít i sestavování syntetických apertur apod.
By me docela zajimalo, jestli ty drahy jsou spocitany ciste strojove, nebo jim uz s tim pomaha umela inteligence. I kdyz je teda fakt, ze to by byl asi hodne drahej pokus.
Ale jinak pekne. Neco na urovni navratovyho stupne SpaceX. Ve fofru a naprosto presne.
Tak to se přiznám, že se mi dohledat nepodařilo. Ale předpokládám, že tam nějaká výpočetní asistence bude. Je to opravdu úctyhodný výsledek.