Obsah > Nepilotované lety > Příprava sondy New Horizons

Sonda New Horizons úspěšně odstartovala dne 19.01.2006. Informace o startu i dalším průběhu letu jsou dostupné na aktuální stránce o misi New Horizons.
New Horizons – sonda k nejvzdálenější planetě

Jan Toman

Kresba sondy New HorizonsPluto, devátá planeta sluneční soustavy. Jako poslední byla objevena, jako nejvzdálenější obíhá Slunce. Jako jediná nebyla zblízka prozkoumaná.

Několik slov z historie...

Lidstvo se o její existenci dozvědělo v lednu 1930, kdy tehdy 22-ti letý astronom Clyde Tombaugh oznámil, že uspěl v hledání záhadného tělesa za oběžnou drahou Neptunu, které svým gravitačním polem působí na Uran a Neptun a způsobuje odchylky v jejích drahách. Tělesu, způsobujícímu tyto poruchy byla předpovězena hmotnost okolo sedmi hmotností Země. V roce 1950 zamířil na planetu čerstvě dokončený palomarský pětimetr Gerard P. Kuiper a určil horní hranici průměru planety na 6 000 km. Od té doby byl rozměr planety revidován několikrát, vždy však směrem dolů.. V červenci 1978 nalezl americký astronom James Christy oběžnici Pluta – měsíc Charon. Více informací bylo získáno ve druhé polovině osmdesátých let při sérii vzájemných zákrytů obou těles, byly zpřesněny rozměry planety i měsíce, ale také stanovena albeda a navrženy modely povrchového uspořádání (při tom bylo využito i superpočítače CRAY X-MP 48 v SUPERCOMPUTER CENTER v San Diegu). V srpnu 1989 navíc završila sonda Voyager 2 svoji objevnou pouť průletem kolem Neptunu a výzkumem Tritonu, jeho měsíce - tělesa o průměru 2 700 km. Informace o tomto tělese byly rovněž využity při simulaci poměrů na Plutu. Nepochybný zlom v kvalitě informací nastal počátkem devadesátých let, kdy byl vypuštěn Hubbleův teleskop.

....a co o Plutu víme dnes?

Průměr Pluta – 2 274 km jej řadí až na poslední místo mezi planetami, tak jako i jeho hmotnost 1,2x1022 kg (0,0022 hmotnosti Země). Střední hustota je odhadovaná na 2,06 g/cm3 (Země 5,52 g/cm3). Okolo Slunce obíhá po elipse s excentricitou 0,246 a sklonem k rovině ekliptiky 17,15°. Střední vzdálenost od Slunce je 39,5 AU (5,913 mld km), ve které je oběhne jednou za 248,5 let. Díky výstřednosti své oběžné dráhy je po dobu 20-ti let Slunci blíž než Neptun – naposledy v letech 1979 – 1999. V perihéliu, v roce 1989 byl Pluto vzdálen od Slunce 4,42 mld km, zatímco v aféliu, v roce 2113 tato vzdálenost vzroste až na 7,37 mld km.

Průměr Charonu je 1 172 km, hmotnost 1,9x1021 kg, hustota 2,24 g/cm3. Pluto oběhne jednou za 6,39 dne po dráze se sklonem 98,8° k rovníku. Poněvadž i Pluto se kolem své osy otočí jednou za 6,39 dne, nachází se měsíc Charon stále nad stejným místem povrchu planety. Je jediným stacionárním měsícem sluneční soustavy.

Teplota na povrchu obou těles se pohybuje kolem -233°C. Přirozeně kolísá, zvyšuje se v blízkosti perihélia, kdy se díky tomu z povrchu odpařují plyny a atmosféra Pluta houstne. Skládá se především z metanu, který díky malé hmotnosti planety uniká do mezihvězdného prostředí. Po průletu perihéliem vlivem klesající teploty atmosféra mrzne a Pluto se mění v jednu ledovou kouli.

Díky obrovské vzdálenosti a malé velikosti je získání nových informací tvrdým oříškem. Vždyť Pluto je viditelný jako slabá hvězda 13,6 magnitudy, Charon 15,5 magnitudy, takže bez vyslání automatických sond není možné zjistit, jak se dnešní představy shodují s realitou.

Per aspera ad astra

První plány na vyslání automatické stanice sahají až na samý počátek sedmdesátých let. Tehdy mělo být využito jedinečného postavení vnějších planet, kdy jediná sonda mohla postupně proletět kolem několika z nich. Tento projekt kosmické Grand Tour počítal s vypuštěním čtyř sond, kdy dvě měly zkoumat planety Jupiter, Saturn a Pluto, další dvojice pak Jupiter, Uran a Neptun. Díky rozpočtovým škrtům se celý projekt přetransformoval do programu Voyager, díky němuž jsme skutečně poznali zblízka Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. Pluto však vypadl ze hry na dlouhá dvě desetiletí. Až v devadesátých letech se objevují nové plány na let k Plutu. Konkrétnější podobu získávají až v jejich samém závěru v rámci studie X2000 Outer Planets/Solar Probe. Kromě sondy k Plutu měly být vypuštěny sondy k Jupiterově oběžnici Europě a Slunci. Celá myšlenka takto koncipovaného programu však vzala za své díky enormnímu růstu finančních nákladů spojených se vznikem nových technologii (protiradiační ochrana elektronických komponent, nová generace radioisotopových baterii...). Navíc panovala nejednotnost ve stanovení priorit – část vědecké obce (včetně NASA) prosazovala let k Jupiteru, druhá se stejně vehementně dožadovala finanční podpory pro sondu k Plutu. V listopadu 2001 bylo oznámeno rozhodnutí administrativy prezidenta Bushe zastavit financování jedné i druhé sondy k 1.lednu 2003. Celá situace byla však daleko složitější, let k Plutu zrušila samotná NASA již v roce 2000, přičemž finance přesunula na stavbu sondy Europa Orbiter. Pod tlakem odborné i laické veřejnosti byla nucena v samém závěru roku 2000 změnit postoj a zadat dva souběžné kontrakty na studii nové sondy k Plutu, vyvinuté již v intencích programu Discovery. Jako vítězný byl v následujícím roce ohlášen projekt John Hopkinsovy University dále známý jako New Horizons. Ten v roce 2001 koexistoval s projektem sondy Europa Orbiter, získal financování na rok 2002 ve výši 30 mil. dolarů na detailnější rozpracování (celkové náklady neměly překročit 490 milionů dolarů, náklady na sondu k Jupiteru se tehdy odhadovaly již na 1,2 mld. dolarů), když bylo oznámeno STOP financování obou programů. Těžko se srozumitelně popisuje tento poněkud nesrozumitelný stav. Pravdou však zůstává, že počátkem roku 2002 byl ohlášen vznik nového programu, vlastně nové třídy automatických sond pro výzkum sluneční soustavy s názvem New Frontiers a v průběhu roku 2002 bylo vynaloženo velké úsilí jednak na maximální využití již dříve schválených 30-ti milionů dolarů, ale také na přesun sondy New Horizons do programu New Frontiers a její další financování.

Technický popis sondy New Horizons

Sonda New Horizons je stavěna v JHU-APL (John Hopkins University – Applied Physics Laboratory) ve spolupráci s JPL (Jet Propulsion Laboratory). Navržena je jako kompaktní těleso sestávající z trojúhelníkové základny o straně dlouhé přibližně dva metry a výšce cca 70 cm, ke které je uchycena anténa s vysokým ziskem o průměru 218 cm. V trojúhelníkové základně sondy jsou umístěny elektronické systémy zabezpečující vlastní let, navigaci v blízkosti cílových těles, zpracování údajů z přístrojů a zabezpečující jejich odvysílání na Zem. V jednom z vrcholů základny je umístěný zdroj elektrické energie - termoelektrický radioisotopový článek s plutoniem Pu-238, který při startu dodává 220 W, po deseti letech jeho výkon klesne na 174 W. Vědecké přístroje jsou pevně uložené, pro jejich nasměrování k cíli je proto zapotřebí využít orientačního systému. Ten je tvořený čtyřmi moduly, jako pohonné látky využívá hydrazin (celková změna rychlosti až 290 m/s).

Vědeckou výbavu tvoří tyto přístroje:

  1. Multispektrální kamera PERSI (Pluto Express Remote Science Investigation) je složena ze tří částí:
  2. Celková hmotnost PERSI je 10kg, výrobcem Southwest Research Institute & Ball Aerospace.

  3. Teleskopická kamera LORRI (Long Range Reconnaisance Imager) s rozlišovací schopností 40km ze vzdálenosti 8 milionů km. Pořizovat bude černobílé snímky ve viditelné oblasti spektra. Snímky pořízené touto kamerou pět měsíců před průletem mají mít již lepší rozlišení než fotografie z Hubbleova dalekohledu.
    Přístroj dodá Applied Physics Laboratory.

  4. Rádiový experiment REX (Radio Science Experiment) využívá ultrastabilního oscilátoru ve spojení s rádiovým zařízením sondy. Pomůže zpřesnit údaje o hmotnosti zkoumaných těles a zjistí tlak případné atmosféry na jejich povrchu průchodem svazku rádiových vln skrze ní.
    Dodavatelem tohoto zařízení je Stanford University.

  5. Částicový experiment PAM sestává ze dvou přístrojů:
  6. Dodavatelem je Southwest Research Institute.

  7. Dodatečně byl do výbavy sondy zařazený studentský experiment Dust Counter, mající zaznamenávat srážku s částicemi meziplanetárního prachu.
  8. Přístroj dodá University of Colorado.

Informace z vědeckých přístrojů budou ukládány do paměti s kapacitou 2 x 48 Gbitů, později budou vysílány rychlostí 768 bps v pásmu X (8,4 GHz) na antény dálkového spojení o průměru 70 m. Celková hmotnost užitečného zatížení sondy New Horizons je 25 kg, předpokládaný objem získaných dat celé expedice je kolem 96 Gbitů.

Letový plán sondy New Horizons.

K datu psaní tohoto článku (prosinec 2002) se nejčastěji objevuje jako možné datum startu leden 2006. Sondu New Horizons vynese z mysu Canaveral na Floridě do vesmíru jeden z nových raketových nosičů vyvinutých v rámci programu EELV (Evolved Expendable Launch Vehicle). Vybráno bude mezi Atlasem 5 firmy Lockheed Martin a Deltou 4 od firmy Boeing během prvního pololetí roku 2003. Sonda bude vypuštěna na přímou dráhu k Jupiteru, ke kterému přiletí o 14 měsíců později, v březnu 2007. Gravitačního pole obří planety využije hlavně ke svému dalšímu urychlení, je ale také počítáno se čtyřměsíčním intenzívním výzkumem. Vždyť New Horizons se k Jupiteru přiblíží na vzdálenost necelých tří milionů kilometrů – bude planetě třikrát blíže než Cassini v prosinci 2000. Z této vzdálenosti může mapovat jak děje v atmosféře planety, tak i snímkovat čtyři největší satelity – Io, Europu, Ganymeda a Callisto (pro srovnání, oběžná dráha Callista jako nejvzdálenějšího galileovského satelitu je ve vzdálenosti 1,9 mil. km od planety). Gravitační pole Jupitera sondu nasměruje přímo k Plutu, kam přiletí v létě roku 2016 (nebo 2017, podle toho, jaký nosič bude pro sondu New Horizons vybraný). Převážnou část devítiletého období stráví sonda v hibernovaném stavu, pouze jednou za dva týdny proběhne kontrola funkce jednotlivých systémů. Pozorování Pluta a Charonu zahájí New Horizons půl roku před průletem, důraz bude kladen na zmapování obou polokoulí planety i satelitu, které – jak již bylo řečeno, se kolem své osy otočí jednou za 6,4 dne (zřejmě proto také zvítězil návrh sondy New Horizons, který jako jediný zahrnoval dlouhofokální kameru, umožňující detailní snímkování i z větších vzdáleností). Takže – počítá–li dnešní letový plán s maximálním přiblížením se k Plutu na vzdálenost 9 600 km, ze které bude možno získat snímky s rozlišením až 25 metrů na pixel (LORRI), barevné snímky s rozlišením 1,6 km (MVIC) na pixel a 7 km na pixel v UV a IR spektru, potom ta “druhá” strana planety bude snímána z již zmíněných 8 milionů km, 3,2 dne před průletem s rozlišením 40 km na pixel. Plutovu oběžnici – Charon mine sonda New Horizons ve vzdálenosti 27 000 km a rychlostí 11km za sekundu se bude vzdalovat od Slunce do mezihvězdného prostoru.

Zasvěcený čtenář sledující peripetie vývoje sondy si asi všiml, že autor článku se dosud vyhýbal zmínce o průzkumu těles z Kuiperova pásu, ležícího za oběžnou dráhou Pluta, kterýžto byl v souvislosti se sondou k Plutu často zmiňován. Je potřeba si uvědomit, že primárním cílem bude právě průzkum Pluta, další cíle pro pozorování budou vybrány po definitivním výběru nosného prostředku a letové trajektorie. V úvahu přichází jednak planetky typu Kentaur, které obíhají Slunce mezi drahami Jupitera a Neptunu (k těm patří již v roce 1977 objevený Chiron), tak i klasická transneptunická tělesa, z nichž prvé s označením 1992 QB1 objevili v roce 1992 dva astronomové 2,2 metrovým dalekohledem patřícímu University of Hawaii. K září 2001 bylo známo celkem 431 těles patřících k těmto skupinám, jenom u zlomku z nich (cca 30-ti) byla však určena oběžná dráha s dostatečnou přesností. Dnes se předpokládá, že po průletu kolem Pluta bude sonda New Horizons aktivní ještě dalších 5 - 10 roků, aby nám přinesla nové informace i o těchto hraničních hlídkách naší sluneční soustavy.


P.S.: Sonda New Horizons úspěšně odstartovala dne 19.01.2006. Informace o startu i dalším průběhu letu jsou dostupné na aktuální stránce o misi New Horizons.
Aktualizováno : 22.01.2006

[ Obsah | Nepilotované kosmické lety | Aktuální stránka o misi New Horizons ]

Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.