Přestože BepiColombo odstartoval teprve před dvěma týdny a do své destinace doputuje až na konci roku 2025, první návrh evropské mise k Merkuru byl předložen už v květnu roku 1993 v rámci programu Horizons 2000. Prvotní odhady však prokázaly, že realizace v rámci kategorie středně velkých misí by byla až příliš nákladná. Mezi tyto středně velké projekty patří například přistávací modulu Hyugens nebo mikrovlnný teleskop Planck. Na navrhovanou misi k Merkuru se však usmálo štěstí. Program Horizons 2000 byl v roce 1994 prodloužen (nyní nesoucí označení Horizons 2000+) a díky tomu měly být vybrány další tzv. „cornerstone“ mise neboli základní kameny výzkumu či vlajkové lodě. Ty jsou definovány jako nejnákladnější projekty světové úrovně s vysokým vědeckým potenciálem, vyžadující ke svému uskutečnění významný pokrok v technologickém vývoji. První misí v kategorii cornerstone byla doposud fungující veleúspěšná sluneční observatoř SOHO. Dále bychom zde mohli zařadit rentgenový teleskop XMM-Newton, infračervený teleskop Herschel nebo kometární průzkumné duo Rosetta-Philae – všechno nesmírně úspěšné a přínosné mise, které nemalou měrou posunuly míru lidského poznání. Návrh BepiColombo usiloval zařadit se mezi tyto giganty a jeho soupeřem se stala rovněž velmi ambiciózní astrometrická družice Gaia. V říjnu 2000 pak k velkému uspokojení všech byly oba návrhy vybrány pro realizaci mezi lety 2008 – 2013. Práce na evropské misi k Merkuru tak mohly začít.
Trnitá cesta z rýsovacího prkna na startovní rampu
I přes dnešní složitost a komplexnost mise BepiColombo byl původní návrh ještě ambicióznější. Při návrzích multioborové průzkumné mise k Merkuru byly stanoveny oblasti výzkumu, jejich rozsah i potřebné přístrojové vybavení sondy. Vzhledem k širokému záběru a rozdílným požadavkům na parametry oběžné dráhy a „čistotu“ okolního elektromagnetického prostředí bylo během technologické studie v letech 1998 – 1999 rozhodnuto o rozdělení družicové části mise do dvou samostatných elementů. Mercury Planetary Orbiter (MPO) měl být umístěn na nízkou polární dráhu a jeho objektem průzkumu měl být zejména povrch planety. Druhá část, Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), pak měla zůstat na vysoce eliptické polární oběžné dráze a soustředit se zejména na okolí Merkuru. Prvotní projekt ale nepočítal se dvěma, ale se třemi vědeckými elementy a dvěma pohonnými moduly namísto jednoho. Vědecké družice MPO a MMO v návrhu figurovaly ve víceméně stejné podobě jako dnes. Společnost jim ale navíc měl dělat Mercury Surface Element (MSE), což byl přistávací modul, který se měl soustředit na kontaktní měření a studium fyzických, optických a chemických vlastností povrchu a jeho mineralogického složení. Měl tedy kromě jiného posloužit jako reference pro dálková měření dvou orbitálních segmentů mise. O dopravu na oběžnou dráhu Merkuru se pak měly postarat dva pohonné moduly. Prvním z nich byl Solar Electric Propulsion Module (SEPM) využívající pokročilých iontových motorů. Ten by spolu s několika gravitačními manévry u vnitřních planet Sluneční soustavy zajistil dopravu k Merkuru a přiblížení k němu malou relativní rychlostí. Před vstupem na oběžnou dráhu měl být SEPM odhozen a do jeho role by vstoupil Chemical Propulsion Module (CPM), který by se postaral o vstup na oběžnou dráhu Merkuru a dopravu vědeckých nákladů na jejich cílové oběžné dráhy pomocí klasického chemického raketového motoru. Poté mělo dojít i k jeho odhození. Shrnutí základních požadavků kladených na tři vědecké elementy jsou v následující tabulce.
Jak je v tabulce dobře patrné, předpokládaný objem dat z MPO komunikující se Zemí v pásmu Ka je přibližně desetkrát větší než objem dat z MMO využívající pásma X. Je to především z důvodu datové náročnosti snímkovacích kamer, které mají na starosti mapování povrchu planety. Data z přistávacího modulu MSE mohla být přenášena libovolnou ze dvou družic, avšak počítalo se zejména s využitím MPO, která měla mít nižší oběžnou dráhu, což znamená kratší oběžnou dobu a více přeletů nad místem přistání.
Návrh sondy byl modulární a počítal s různými možnostmi provedení celé mise. Pro cestu k Merkuru byly zvažovány dva scénáře. První možnost počítala se startem všech pěti hlavních částí BepiColombo na jedné silné raketě, která by je poslala do meziplanetárního prostoru. Hmotnost této sestavy byla odhadována na 2 500 – 2 800 kg. Už tehdy v návrhu figurovala Ariane 5 startující z Kourou, která nakonec, jak již dnes víme, BepiColombo skutečně vynesla. Druhou možností byl start na dvou středně těžkých raketách, kdy by byly tři vědecké elementy rozděleny do dvou nákladů a ke každému z nich by byla připojena identická dvojice pohonných modulů. V tomto scénáři měla hmotnost každé sestavy činit okolo 1 500 kg a pro start byla zvažována raketa Sojuz s horním stupněm Fregat, která měla startovat z Bajkonuru. Obě možnosti byly plně kompatibilní s vědeckými cíli mise a umožňovaly flexibilitu a různé alternativy pro cestu k Merkuru, její délku nebo způsoby financování. Pro variantu s využitím Ariane 5 bylo stanoveno datum startu na leden 2009 a přílet k Merkuru na červenec 2011. V případě využití Sojuzů by první start proběhl v lednu 2008 s příletem k Merkuru v červenci 2011 a druhý by pak nastal v červenci 2009 s příletem k Merkuru v listopadu 2012.
Pro různé varianty přeletových trajektorií byly tehdy zvažovány gravitační manévry u Venuše, Merkuru a pro variantu dvou startů na Sojuzu dokonce i u Měsíce. Klíčovým prvkem celé cesty mělo být 3 nebo 5 iontových motorů, se kterými ale tehdy Evropská kosmická agentura (ESA) neměla žádné operační zkušenosti. Doposud jediným významným využitím iontového motoru dosáhla americká NASA se svou sondou Deep Space 1 o pouhé dva roky dříve. První zkušenost ESA měla teprve přijít s měsíční misí SMART-1, která startovala v roce 2003. To bylo jedním z důvodů pro existenci hned dvou přeletových modulů. V případě neúspěchu SEPM s iontovým pohonem bylo možné jej částečně nahradit CPM a dosáhnout tak alespoň části stanovených cílů.
Původní návrh MPO počítal s celkovou hmotností 360 kg (oproti dnešním 1200 kg), tvarem komolého jehlanu s fixními solárními panely na jeho třech stěnách a vysokoziskovou anténou o průměru 1,5 metru. Součástí vědeckého vybavení, které dnes víceméně odpovídá původním plánům, byl i teleskop o průměru 20 cm, který měl využít oběžné dráhy uvnitř oběžné dráhy Země a měl být schopen pozorovat blízkozemní planetky (NEO – Near Earth Object) za minimálního omezení základní mise. Druhá družice MMO pak měla oproti dnešním 225 kg vážit jen 160 kg, avšak její podoba i přístrojové vybavení od té doby nedoznaly výraznějších změn. Na své palubě však MMO měl nést i barevnou kameru schopnou snímat povrch Merkuru, která byla považována za zálohu, v případě, že by selhala kamera na MPO.
Pojďme se nyní blíže podívat na přistávací modul MSE, který je dozajista nejzajímavější, ale jehož realizace jsme se bohužel nedočkali. V návrhu figurovaly hned dvě varianty přistávacího modulu – tzv. hard-lander pro tvrdé přistání a soft-lander pro přistání měkké. Hard-lander měl být před přistáním zpomalen motorem na tuhé palivo a následný náraz měl být ztlumen deformovatelným materiálem. Tato varianta by obsahovala penetrátor, který by při nárazu pronikl pod povrch a s přistávacím modulem by zůstal propojen kabelem. Soft-lander měl k přistání využít klasických raketových motorů, které by ale nezajistily sestup až na povrch. Jejich činnost by byla ukončena při nulové vertikální rychlosti ve výšce 120 m, pohonná jednotka by byla oddělena a následoval by volný pád s dopadovou rychlostí okolo 30 m/s. O snížení zátěže při nárazu se měly postarat vzduchové polštáře. Namísto penetrátoru měl být tento přistávací modul vybaven samopenetrující hloubkovou sondou, tzv. krtkem, jakou bychom dnes našli ve výbavě marsovské sondy InSight. V obou případech se počítalo se suchou hmotností 50 – 70 kg. Penetrátor (nebo krtek) měl obsahovat senzory pro měření fyzikálních vlastností a tepelného proudění pod povrchem. Součástí přistávacího modulu měl dokonce být i malý pásový rover vybavený alfa-rentgenovým spektrometrem. Mezi další přístroje přistávacího modulu měly patřit dvě kamery, magnetometr či seismometr.
Krátce po přidělení financí na zahájení dalších fází vývoje BepiColombo však byla existence přistávacího modulu MSE ohrožena z důvodu rozpočtových škrtů. Naděje byla vložena do spolupráce s Japonskem a dalšími zahraničními partnery, kteří by pomohli finanční zátěž rozložit. S postupem času se ale ukázalo, že by MSE vyžadoval samostatný start na třetí raketě a tak se jej bohužel zachránit nepodařilo. BepiColombo tak v roce 2003 zůstal „pouze“ u dvou vědeckých družic. K projektu se jako hlavní partner připojilo Japonsko a vzalo si na starosti konstrukci a provoz MMO. Hlavní vědecká družice MPO spolu s přeletovými moduly SEPM a CPM nadále zůstaly na bedrech Evropské kosmické agentury. Přišly ale i další škrty a celá sestava měla startovat pouze na jednom Sojuzu 2-1b s horním stupněm Fregat a to až v polovině roku 2012, přičemž cesta se prodloužila na více než 4 roky s příletem k Merkuru koncem roku 2016. To vyžadovalo výrazné přepracování projektu včetně redukce přístrojového vybavení za současné minimalizace dopadů na stanovené vědecké cíle.
V roce 2004 byla ukončena fáze definice celé mise a bylo vybráno 11 vědeckých přístrojů pro MPO a 5 pro MMO v přibližné podobě a složení, jaké známe dnes. Opětovné zvýšení hmotnosti sestavy ale znamenalo úpravu přeletové dráhy s využitím většího počtu průletů kolem planet. Start se posunul na srpen 2013 a cesta se prodloužila přesně na 6 let. Přílet k Merkuru měl tedy nastat v srpnu 2019. Během přeletové fáze bylo plánováno uskutečnění šesti gravitačních manévrů – jeden u Měsíce, dva u Venuše a čtyři u Merkuru. V únoru 2007, kdy už měl projekt poměrně na mále a potácel se v problémech, přišla záchrana v podobě přesunu do nového programu Cosmic Vision a tím i přidělení dodatečných financí. Nevyhnutelný nárůst hmotnosti celé sestavy vedl v roce 2008 k definitivní změně nosné rakety na Ariane 5, načež bylo v roce 2009 uděleno povolení komise pro vědecký program ESA k přepracování návrhu celé mise. Tehdejší varianta cesty již téměř současné podoby sondy počítala se startem v roce 2015 a příletem k Merkuru v roce 2022. Během konstrukce a testování BepiColombo však vyvstávaly další komplikace s vědeckými přístroji i iontovým pohonem a solárními panely a start se nadále po drobných krůčcích posouval nejdříve na rok 2016, pak 2017 a nakonec až na 2018. Mezitím také ze sestavy vypadl přeletový modul CPM, jeho kolega SEPM se přetransformoval v současný MTM a vstup obou vědeckých družic na oběžnou dráhu Merkuru měl zajistit evropský MPO. Komplikacím však stále nebyl konec.
Ani posun na rok 2018 ale nebyl definitivní. Startovat se totiž mělo už v dubnu. Koncem roku 2016 se však postavil do cesty problém s elektrickou soustavou přeletového modulu MTM, který byl odhalen během testů. Finální datum startu tedy sklouzlo na říjen. Půlroční posun neznamenal žádné omezení vědeckých cílů mise, avšak ještě více natáhnul přeletovou fázi a přílet k Merkuru se celkově posunul o rok, tedy na prosinec 2025. Tato změna už naštěstí byla definitivní a v říjnu 2018 jsme se skutečně dočkali startu mise BepiColombo na raketě Ariane 5.
Jak je vidět, vývoj tak komplexního a ambiciózního projektu nelze předem přesně plánovat a do hry vstupují nejen technologické výzvy, ale i finanční či politické faktory, které mohou misi buďto redukovat, nebo výrazně ohrozit jejich realizaci. Po všech strastech, které BepiColombo musel při své cestě z rýsovacích prken na startovní rampu absolvovat, se nakonec jedná o velice pokročilou a nadějnou sondu, která bude bezpochyby chloubou evropsko-japonské spolupráce.
Zdroje informací:
Grard R., Novara M., Scoon G.; BepiColombo – A Multidisciplinary Mission to a Hot Planet. 2000.
A. Wilson (European Space Agency); ESA’s Report to the 34th COSPAR Meeting. Noordwijk. 2002.
A. Wilson (European Space Agency); ESA’s Report to the 35th COSPAR Meeting. Noordwijk. 2004.
A. Wilson (European Space Agency); ESA’s Report to the 36th COSPAR Meeting. Noordwijk. 2006.
M. McCaughrean (European Space Agency); ESA’s Report to the 39th COSPAR Meeting. Noordwijk. 2012.
https://www.esa.int/
http://sci.esa.int/
https://www.space.com/35671-bepicolombo-facts.html
Zdroje obrázků:
Grard R., Novara M., Scoon G.; BepiColombo – A Multidisciplinary Mission to a Hot Planet. 2000.
https://nssdc.gsfc.nasa.gov/image/spacecraft/bepi_colombo.jpg
Skvělý článek. Co je zarážející je byrokracie. Mise měla být současníkem Messengeru, či dokonce být u Merkuru a několik let dříve, Výsledek je tristní – k Merkuru dospěje řádově 15 let po Messengeru. Není to tak trochu “ s křížkem po funuse ?“. Messenger Merkur zevrubně prozkoumal a otázka zní, zda současné mise na tyto výsledky reagovala co do přístrojového vybavení a vědeckých úkolů a zda vynaložené náklady budou vyváženy vědeckým přínosem mise. Samo prvotní plánování mise se zdá být též pochybné. Plánovači zcela jistě věděli o přípravě Amerického Messengeru a v okamžiku kdy odpadl lander mělo být jasné, že misi americká konkurence převálcuje, což se také stalo. Vždyť bylo a je mnoho dalších cílů kde mohla Evropa své prostředky efektivně uplatnit obdobně jako v případě Rosetty. Mohla tam být opět první a ne jen “ druhá“ a ještě s řádným opožděním, jako u nynější mise.
Nemá smysl se rozepisovat hlouběji, BepiColombo dokáže přinést zajímavé informace bez ohledu na to, zda tam Messenger už byl, nebo ne. Její hlavní výhodou (kromě mnoha menších) je, že dokáže provádět současně měření na dvou různých místech, což může pomoci pochopit nejrůznější vztahy.
Alois: kdybyste se o věci, které komentujete, více zajímal, nemusel byste se neustále ztrapňovat podobnými srovnáními, které jen ukazují na to, jak jsou vaše představy povrchní. (Ne proto, že byste je formuloval jinak, ale proto, že byste je nejspíš vůbec nepsal.)
Představte si, že na BepiColombo má i NASA svůj přístroj – Strofio – určený k výzkumu exosféry Merkuru. Pročpak ho asi nedali již na MESSENGER? (Mohli tím přece BepiColombo „převálcovat“ ještě lépe.)
Proto, že výzkum vesmíru prostě není o tom, kdo je u které planety první nebo druhý, jak to primitivně vnímáte vy, ale protože každá další sonda nese jiné/lepší přístroje než předchozí a posouvá hranice toho, co zjistila její předchůdkyně. Bez ohledu na to, kdo ji staví.
Dobrý večer, pane Scheirichu. Zkuste se na to prosím podívat i tak, že právo vyjádřit svůj názor zde mají i lidé, kteří se kosmonautikou a astronomií nezabývají profesionálně. Chodíme sem i proto, abychom se v těchto oborech posunuli a čerpáme z obecnějších i vysoce profesionálních informací. Víte mě pan Alois kolikrát taky připadne zbytečně útočný, kousavý a negativistický. Na druhou stranu mám jeho příspěvky rád, protože kolikrát mě přinutí k jiným pohledům na dané téma. Rozumím tomu, že Vás to jako profesionála zvedá ze židle, ale zkuste myslet i na to, že to co nemusí být už přínosné pro Vás, tak pro jiné to může být stále ještě hodně zajímavé. Jinak…. Kosmonautixi díky! 🙂
Tady jde o jednu zásadní věc. Pokud sem přijde nováček, který se v tématu nevyzná, má v něm slabiny, není si s něčím jistý (rozumíme si, jak to myslím) a napíše normální komentář, ve kterém chce něco vysvětlit, na něco se zeptá, tak s tím nikdo nikdy nebude mít problém. Naopak! Vždy se tu najde hodně zkušenějších lidí, kteří mu to rádi vysvětlí, přidají pár zajímavostí a odpoví i na další otázky. Nikdo nemůže vědět všechno a já sám mám i v kosmonautice mnoho bílých míst, kde se rád nechám poučit.
Ale u pana Aloise je jiný problém. On neví, ale píše komentáře stylem, který jste správně nazval útočným, negativistickým a kousavým. V tom je ten zakopaný pes. Nikdo tu nemá problém s tím, že je pan Alois amatér, to jsme tady v diskusi všichni (až na čestné výjimky). Kdyby napsal komentář, ve kterém by se zeptal, v čem třeba může BepiColombo přinést nové informace, nebo v čem se jeho věda bude lišit od Messengeru, každý by mu na to rád a slušně odpověděl. Problém je v tom, že on přišel se svou jasně předloženou myšlenkou, že když už tam byl Messenger, tak, že BepiColombo letí s křížkem po funusu a nebude k ničemu. O tohle jde, navíc to není poprvé, kdy bez informací útočí na různé projekty. Ze židle nikoho nezvedá to, že něco neví, ale to, jakým způsobem hází špínu na špičkové projekty.
On už to za mě skoro vše napsal Dušan; každopádně omlouvám se, pokud někdo můj komentář vnímal jako útok na neznalost. Něco nevědět není ostuda (ostatně to, že něco nevíme, ale chceme vědět, je hybatelem celé vědy, a taky důvodem, proč chodíme na tento skvělý web). Ostuda je ventilovat svou neznalost způsobem, jakým to zde opakovaně dělá pan Alois.
Hezkou neděli všem v diskusi. Pane Scheirichu, děkuji za vysvětlení Vašeho názoru. O Vašich rozumných názorech nepochybuji, protože Vaši popularizační práci znám. Jen jsem chtěl vysvětlit, že se nám nadšencům se líbí spousta těch úhlů a úrovní, které zde jsou. Pane Aloisi, z mé strany to nebyl útok. Popsal jsem Vám spíš můj pocit,který tu a tam mívám při čtení Vašich názorů. Berte to tedy spíše jako zpětnou vazbu k formě kterou zde prezentujete své názory. Znovu opakuji, že mě se Vaše příspěvky líbí, protože mě kolikrát dokážou přinutit o věcech přemýšlet jinak a hlouběji. Ta skladba tvůrců i diskutujících je zde opravdu unikátní. Za to jsem moc rád.
Díky za přínosný článek se spoustou nových informací. Zpoždění nakonec umožnilo nasát zkušenosti ze SMARTu a odpadly obavy ze selhání SEPM. Jeden start a jeden přeletový modul je určitě lepší varianta, ale absence landeru je pro změnu horší varianta (Ariana 5 by ho určitě unesla-vždyť hmotnost MPO narostla na skoro čtyřnásobek a ani MMO si svou váhu neudržela). Představuji si, že postupem času mohlo dojít ke změně uvažování, finance by se třeba našly, ale takový velký zásah do projektu už byl nemožný. Přistání s penetrátorem nebo krtkem, k tomu navíc pásový rover… atraktivita celá mise by velmi stoupla.
Dovoluji si diskutující upozornit, že ve svém včerejším příspěvku POUZE kladu otázky a vyslovuji pochyby, jediný kategorický soud, který příspěvek obsahuje, je k mé škodě chybný, sonda bude u Merkuru třetí, nikoli druhá.
Věty obsahující následující sekvence : „… není to tak trochu …“, „… a otázka zní …“, „… se zdá být …“ či „… cílů kde mohla …“ jsou opravdu útočné, negativistické a kousavé ?
Fakt že tato sonda dorazí ke svému cíli o cca 15 let později než americká sonda s kterou měla letět současně a k cíli doletět dokonce dříve, je nepopiratelný a pokud se budeme usilovně bránit zamyšlení nad tím proč se tak stalo a jaké to má důsledky, strkáme hlavu do písku.
Je zcela jasné a nikdo to nepopírá, že každá sonda která kamkoli dorazí něco nového či doplňujícího naměří, ale určitě je rozdíl v objemu, kvalitě a dopadu na základní výzkum pokud tam dorazí prvá, nebo druhá po 30-ti letech, což byl plán BeCo, nebo třetí po 15-ti letech nejen po sondě, která ji předběhla, ale hlavně po původním termínu.
Ve své odpovědi, kterou považuji za dostačující a výstižnou a nechápu proč se po ní obrátila diskuze od tématu k mé osobě, pan D.M píše že sonda může / ale nemusí, dovoluji si poznamenat / pomoci pochopit nejrůznější vztahy. Těmito vztahy chápu otázky které vyvstaly po misi Mssengeru, ptám se :nebylo by lépe kdyby byl BeCo u cíle byl včas a před Mssengerem a tyto otázky sám položil, neřkuli přímo vyřešil místo toho aby se nyní chystal k jejich možnému řešení ale až za cca 15 let ?
Někde určitě nastala chyba a tom byl můj příspěvek, označil jsem původcem byrokracii, ale jen proto abych nepřiléval oleje do ohně, což se stejně nepodařilo, původně jsem měl na mysli neschopnost.
BepiColombo je mnohem pokročilejší a komplexnější než Messenger. Srovnávat tyto dvě mise pouze na základě toho, kdy tam která dorazila, mi i na vás připadá až neuvěřitelně dětinské. Na základě tohoto názoru se můžete vysmívat třeba Curiosity. Proč tam NASA poslala další rover, když 8 let předtím tam přistály hned dva rovery? Chápete tu absurditu? S BepiColombo je to stejné. Naštěstí pro vás bude jeden z příštích dílů tohoto seriálu popisovat vědecké cíle sondy, návaznost mise na Messenger a rozdíly mezi oběma misemi. Do té doby si tedy nechte podobně hloupá přirovnání pro sebe.