Falcon 9 tento týden vynese pro NASA sondu DART, která se pokusí odklonit asteroid

Už tento týden odstartuje Falcon 9, který vyšle na cestu vesmírem sondu DART (Double Asteroid Redirection Test), jejímž úkolem bude narazit do povrchu malého měsíčku asteroidu Didymos. Je to jedna z prvních misí, která má za cíl otestovat možné odklonění potenciálně nebezpečného tělesa z dráhy naší matičky Země. Dnešní článek si dal za cíl představit vám tuto misi ze všech možných úhlů.

Abychom co nejlépe pochopili cíl mise DART, bude nejlépe začít od začátku. Sluneční soustava se skládá ze Slunce, které je jejím centrálním objektem, a všechny ostatní objekty Slunce obíhají. Mezi tyto ostatní objekty patří v první řadě planety, které jsou poměrně hezky a způsobně rozmístěny na svých drahách. Tyto dráhy se navzájem neprotínají, takže nebezpečí vzájemné srážky dvou planet je prakticky zanedbatelné. To však již neplatí v případě všech dalších objektů. Máme zde totiž i planetky (asteroidy), které z části způsobně obíhají mezi Marsem a Jupiterem v hlavním pásu, další se nachází v okolí Jupiteru či mezi Jupiterem a Neptunem. Nejvíc jich pak najdeme za drahou Neptunu. Mezi nejméně způsobilé objekty lze bez nadsázky počítat komety a planetky, které křižují dráhy jiných objektů. Zde se dá jednoznačně říci, že z hlediska člověka se mezi ty nejnebezpečnější řadí takzvané blízkozemní planetky, což jsou objekty, jejichž oběžná dráha se nachází blízko oběžné dráhy Země. Některé z těchto objektů navíc oběžnou dráhu Země protínají a představují pro ni tak potenciální riziko.

Dráhy známých blízkozemních těles ve Sluneční soustavě (Zdroj: NASA)

Na stránce Evropské kosmické agentury se uvádí, že je dnes známo více než 27 000 blízkozemních planetek. Nejde však samozřejmě jen o to, zda daná planetka protíná dráhu Země. Aby hrozila srážka, musela by se Země na daném místě své dráhy nacházet v tomtéž okamžiku jako daný objekt. Pro uklidnění bude také dobré dodat, že oběžná dráha Země je poměrně dlouhá a naše mateřská planeta se po ní pohybuje docela svižně, rychlostí téměř 30 km/s. Riziko srážky je tak velmi nízké a pro vaše uklidnění bych rád dodal, že existuje stránka NASA, která pravidelně sleduje možná rizika srážky se všemi potenciálně známými blízkozemními tělesy a můžeme proto jednoznačně říct, že nám v nejbližší době náraz žádného většího tělesa nehrozí.

Pouhým pozorováním těchto nebezpečných objektů bychom sebe sama ovšem stavěli pouze do role pasivních diváků. Řadu desetiletí se proto vědci snaží přijít na způsob, jakým by šlo případnému nárazu zabránit. Tyto metody jsou velmi dobře popsány v následující přednášce Miloše Tichého. Jednou z nich je pokusit se zmenšit velikost přilétajícího objektu, dále je možno nebezpečný objekt odklonit či změnit jeho oběžnou rychlost. V tomto případě totiž stačí, když se nebezpečně těleso dostane na místo střetu se Zemí jen o několik minut později. Tato metoda využívá faktu, že Země uběhne na oběžné dráze svůj průměr asi za sedm minut, a proto stačí, když se potenciálně nebezpečný objekt na své dráze o několik minut během svého oběhu urychlí či zpomalí, a střetu je zabráněno. A právě metodu změny oběžné rychlosti by ráda mise DART vyzkoušela.

Čeljabinský meteor z roku 2013 (Zdroj: University of Virginia)

Změny oběžné rychlosti lze dosáhnout řadou metod. Můžeme kupříkladu na planetce instalovat motor, který bude měnit její oběžnou rychlost. Lze také změnit barvu povrchu, a tím zapojit do hry Slunce. Je možno též použít metodu gravitačního traktoru, kdy v blízkosti cílového tělesa zaparkujeme sondu a díky gravitačnímu tahu po dostatečně dlouhou dobu změníme oběžnou dráhu nebezpečného tělesa. Poslední metoda, kterou bych rád zmínil, je nejprostší. Jednoduše vyšleme do vesmíru objekt, který při řízeném nárazu svou kinetickou energií změní rychlost cílového tělesa. A toto je právě metoda, kterou použije sonda DART.

Jako cíl mise byl vybrán malý měsíček Dimorphos asteroidu Didymos (65803). Asteroid samotný má průměr přibližně 780 m a jeho měsíček pouhých 180 m. Jedná se o planetku typu Apollo, což jsou tělesa, která z vnější strany křižují dráhu naší planety. Aby však nenastalo jakékoliv nedorozumění, od tohoto asteroidu ani jeho měsíčku nehrozí naší Zemi v nejbližší době žádné nebezpečí. Mise DART je jen test, zda jsme schopni dráhu měsíčku upravit či nikoliv.

Sonda AIM sledující spolu se dvěma cubesaty náraz sondy DART do cílového tělesa (Zdroj: ESA)

Sonda DART měla být původně součástí společné mise ESA a NASA, kdy prvně jmenovaná agentura měla v prosinci roku 2020 vypustit sondu AIM (Asteroid Impact Mission), která by přiletěla k cílovému asteroidu a studovala by jej. O sedm měsíců později měla NASA poslat do vesmíru sondu DART, která by se za dalších 15 měsíců s tímto tělesem srazila a sonda AIM by studovala následky nárazu. Tento plán byl ale v roce 2016 opuštěn, když ESA nedokázala pro svou část projektu zajistit dostatečné financování. Přes tyto problémy se NASA rozhodla pokračovat ve vývoji své části mise, tedy sondy DART. Návrh a výrobu družice svěřila Laboratoři aplikované fyziky Johnse Hopkinse, která má za sebou nejednu kosmickou zkušenost. Mimo jiné vyrobila například sondy MESSENGER či New Horizons, které navštívily málo prozkoumaná tělesa v naší soustavě.

V červnu roku 2017 byl schválen koncept mise, v srpnu roku následujícího byla dokončena předběžná studie a započalo se s finálními návrhy a výrobou sondy samotné. Ta bude poměrně jednoduchá, bude mít rozměry kvádru (1,2 x 1,3 x 1,3 m), hmotnost 670 kg a bude vybavena fotovoltaickými panely o celkové ploše 22 metrů čtverečních. Hlavním odběratelem generované elektrické energie bude elektrický motor NEXT-C. Velmi chudé bude i přístrojové vybavení sondy – na palubě bude 20centimetrová kamerka DRACO, sledovače hvězd, sluneční senzor a to je vše. Inu, bylo by patrně zbytečné montovat do těla sondy drahé přístroje, když jejím primárním účelem je záměrná destrukce. Cena celé sondy je odhadována na 308 milionů dolarů, což zahrnuje vývoj a stavbu družice. Sonda DART se ovšem na svou cestu ke zkáze nevydá sama, jejím spolucestujícím bude 14 kg 6U cubesat LICIACube, který dodá italská kosmická agentura ASI. Tato malá družice bude schopna přímo komunikovat se Zemí.

Sonda DART, asteroid Didymos (vpravo) a jeho měsíček Dimorphos (Zdroj: NASA)

Sonda DART ale potřebuje také nosnou raketu. Jak už to bývá, NASA vypsala výběrové řízení, kterého se zúčastnilo i SpaceX a 11. dubna 2019 bylo oznámeno, že jako nosič byla vybrána raketa Falcon 9. SpaceX mělo původně obdržet za startovní služby přibližně 69 milionů dolarů, tato částka však byla později malinko navýšena na téměř 73 milionů. Lze bez nadsázky říct, že půjde o první misi SpaceX, kdy primárním úkolem nákladu bude jeho sebedestrukce. Zároveň půjde i o jednu z vědecky nejdůležitějších misí, které pro NASA uskuteční. Osobně se neodvažuji hádat, zda byla důležitější mise TESS, nebo bude přínosnější misí DART.

Start mise TESS (Foto: SpaceX)

V případě NASA bude už situace malinko jiná, jelikož ta už za sebou několik destruktivních misí má. Zde je možno zmínit osud třetích stupňů raket Saturn V, které po navedení příslušné mise Apollo na dráhu k Měsíci dopadly na jeho povrch a vytvořily tak umělé zemětřesení. Tato aktivita začala být praktikována od mise Apollo 13. V těchto případech to samozřejmě nebyl primární cíl mise, lze to ale patrně nazvat využitím v nadplánu.

Průkopníkem sebezničení můžeme směle nazvat sondu Deep Impact, která se na svou pouť vydala v lednu 2005. Jejím primárním úkolem bylo studium složení vnitřních částí komety Tempel. K tomuto účelu byla vybavena 372 kg vážícím impaktorem, který v červnu téhož roku narazil do těla komety a vytvořil na jejím povrchu kráter o průměru 150 m. Hlavní část sondy zůstala však netknutá a pokračovala směrem k další kometě.

Fotka pořízená krátce po nárazu sondy Deep Impact do komety Tempel (Zdroj: NASA)

Druhý známý případ se odehrál o několik let později. V červnu roku 2009 se vydala do vesmíru sonda LCROSS, která si to poté namířila spolu s horním stupněm Centaur k Měsíci. V říjnu toho roku poté více než dvě tuny těžký horní stupeň dopadl do jednoho trvale zastíněného kráteru. Kosmická sonda LCROSS nejprve analyzovala oblaka prachu vyvržené nárazem, aby o 6 minut později sama skončila svou činnost nárazem ve stejné oblasti.

Horní stupeň Centaur a sonda LCROSS mířící k Měsíci (Zdroj: NASA)

Třetím a posledním známým případem je japonská sonda Hajabusa 2, jejímž cílem byl odběr vzorků z asteroidu Ryugu. V roce 2019 proto tato sonda vyslala k asteroidu několik malých impaktorů a poté odebrala zvířený prach. Na všech těchto případech je zajímavé, že vždy šlo o nárazy do jiného typu tělesa a snad jen v případě sondy LCROSS lze jednoznačně říct, že z celé mise nezůstalo nic kromě vědeckých dat. Ve všech těchto případech šlo vědcům hlavně o studium složení zmíněných kosmických těles. Cíl sondy DART bude jiný, jejím úkolem je otestovat pozemské možnosti obrany před blízkozemními asteroidy.

Počátkem listopadu 2021 byla sonda DART umístěna na adaptér nákladu. Povšimněte si svinutých solárních panelů po stranách sondy. (Foto: NASA)

V polovině srpna roku 2021 už začala sonda DART připomínat svůj finální tvar. V čisté místnosti laboratoří Johnse Hopkinse byly k sondě přidány rozvinutelné solární panely. 8. září byl k sondě připojen i cubesat LICIACube. 2. října byla pak sonda dopravena na Vandenbergovu vojenskou základnu, kde podstoupila finální testy a kontroly. 28. října byla sonda natankována 50 kg hydrazinu, přičemž přibližně 60 kg xenonu bylo do sondy doplněno již v laboratořích Johnse Hopkinse. 10. listopadu pak začalo upevňování sondy na adaptér nákladu. Poté byl již adaptér s připojenou družicí uzavřen do aerodynamického krytu. Jak tomu také bývá v poslední době před důležitými starty, 20. listopadu byl proveden statický zážeh prvního stupně, kdy se na několik sekund zažehlo všech devět motorů Merlin 1D. Raketa poté byla sklopena a převezena do hangáru, kde byla sestava krytu a sondy byla připojena k hornímu stupni Falconu 9. Poslední krátká pozemní cesta čeká sondu den před startem, když bude společně s otestovanou raketou vyvezena na startovní rampu.

Plánovaný průběh mise DART (Zdroj: NASA)

Start se uskuteční z kalifornské Vandenbergovy základny, kde má SpaceX pronajatu startovní rampu SLC-4E a mělo by k němu dojít dopoledne 24. listopadu v 7:21 SEČ. Pokud by došlo při přípravě k libovolnému zádrhelu, startovní okno pro tuto misi zůstává otevřené až do 15. února příštího roku. Při startu bude použit první stupeň Falconu 9 s číslem B1063.3, pro který toto bude již třetí mise. Několik minut po odpojení druhého stupně by měl stupeň první přistát na mořské plošině Of Course I Still Love You, která bude umístěna ve vzdálenosti 652 km od Vandenbergovy základny. Při této misi budou z mořských vln zachraňovány i obě poloviny aerodynamického krytu, které bude mít za úkol vylovit loď NRC Quest. Mise se zúčastní také podpůrná loď GO Quest, která dlouhá léta sloužila při misích SpaceX startujících z východního pobřeží USA, ale nedávno byla nahrazena loděmi Bob a Doug a přestěhovala se na západní pobřeží. DART bude první mise této lodi od jejího přesunu do Kalifornie.

GO Quest vyráží z přístavu (Foto: Eric Pearce)

Po vynesení na oběžnou dráhu bude sonda DART navedena na dráhu, která ji po řadě měsíců přivede koncem září 2022 k cílovému asteroidu Didymos (65803). Během celého přibližovacího manévru bude sonda pořizovat snímky asteroidu i jeho měsíčku Dimorphos. Dva dny před nárazem, ke kterému by mělo dojít na přelomu září a října 2022, by se měl od sondy odpojit LICIACube. Tato družice se následně začne víc a víc zpožďovat za DART a v okamžiku srážky bude 165 s za sondou.

Plánovaný průběh mise DART, včetně cubesatu LICIACube a pozorovacích stanovišť na Zemi (Zdroj: NASA)

DART bude snímat povrch až do okamžiku 2 sekund před nárazem a finální rozlišení by mělo dosáhnout 3 cm na pixel. DART narazí do měsíčku Dimorphos rychlostí 6,58 km/s. Okolo prolétající družice LICIACube by měla studovat materiál vyvržený srážkou a také povrch samotného měsíčku. V okamžiku srážky by se měla soustava Didymos-Dimorphos nacházet přibližně 11,2 milionů km od Země. Náraz by měl změnit oběžnou dobu měsíčku Dimorphos, původní oběžná doba 11,92 hodiny by se měla o 10 minut pozměnit. Celou srážku budou také sledovat pozemní observatoře a v roce 2026 by následky nárazu měla přiletět detailně zdokumentovat sonda Hera, kterou v současnosti staví Evropská kosmická agentura. Mimochodem, celý průběh mise hezky znázorňuje následující video z dílny APL:

Tolik tedy k průběhu mise, která může do budoucna naučit lidstvo odvracet kosmické hrozby, jež kdysi v minulosti vyhubily dinosaury. Planetka Didymos ani její měsíc pro naši planetu hrozbou nejsou, ale jiná planetka či kometa se touto hrozbou v budoucnu může stát. Jde o jedinečnou sondu, protože je to první kosmická mise specificky určená k ochraně naší mateřské planety. A nám nezbývá nic jiného než držet palce NASA, SpaceX, raketě Falcon 9 i družici samotné při její hrdinské misi. Pokud vše dopadne dobře, příští rok v říjnu již sonda nebude existovat.

Aktuální informace o přípravách a průběhu startu najdete jako vždy na profilu mise.

Na tomto místě bych chtěl vyjádřit velké poděkování Martinu Gembecovi za konzultace v oblasti astronomie.

Jiří Hadač



Mohlo by se vám líbit...

Odebírat komentáře
Nastavit upozorňování na
guest
11 Komentáře
nejstarší
nejnovější nejlepší
Inline Feedbacks
Zobrazit všechny komentáře
Ivo Janáček

Ta cena sondy, která vlastně má jen pohon a navigaci j šílená, jen čekám, kdy začne SpaceX nabízet i tyto služby.

Honza

Ona ta sonda veze i plno různých prototypů zařízení, které je třeba vyzkoušet přímo v kosmickém prostředí, nemusí jít o úplně nové věci, ale spíše neotestované přímo na sondě a takhle mají prostor, do toho spadá i motor a solární panely.
The technology was first successfully tested in 2017 on the International Space Station (ISS), and newer versions were installed this past June for full-time use on the ISS. DART will be the first spacecraft to fly the new arrays, paving the way for their use on future missions

Jan Tichavský

Tyto služby nabízí Rocket Lab: https://www.rocketlabusa.com/space-systems/photon/

PetrK

Statický zážeh se už zase dělá s připojeným nákladem? U Starlinku vím, ale u platícího zákazníka?

Petr Melechin

Je to různé, asi záleží na konkrétním zákazníkovi. SpaceX na svých misích obvykle dělá zážehy s nákladem, na komerčních misích to je někdy s a jindy bez, u vládních a vojenských misí obvykle bez nákladu, ale možná už taky byla nějaká výjimka, už teď z hlavy nevím.

Petr Melechin

Aha, to mi při kontrole taky nedošlo. V článku jsem to upravil.

Milan Zvára

Super článek, poprvé jsem se dozvěděl že ten výsledek bude takhle hezky měřitelný a hlavně představitelný. 10 minut může být někdy v budoucnu otázka života a smrti 🙂

PetrV

Vysláno, důležitá mise.