Zvětšit obrázek

Příprava sondy Nozomi ke startu (zdroj ISAS JAXA)

Nedávno jsem dokončoval článek rozebírající nebezpečí kosmického záření pro kosmonauty i automatické průzkumníky. Obrovským rizikem jsou hlavně pro meziplanetární lety velké sluneční erupce, při kterých je do kosmického prostoru vyvrženo velké množství protonů s vysokou energií a intenzita kosmického záření vzrůstá o mnoho řádů. Přitom jsem si vzpomněl na první japonskou kosmickou výpravu k planetě Mars. Jednalo se o sondu s původním názvem Planet B, která posléze dostala jméno Nozomi (česky Naděje). Jednou z hlavních příčin, které způsobily, že se nakonec nedostala na oběžnou dráhu okolo Marsu a nesplnila své hlavní úkoly, byla právě velmi silná sluneční erupce. Ta narušila elektronický systém sondy. Jak už bylo řečeno, sonda se na oběžnou dráhu okolo Marsu nedostala, ale přesto představuje zajímavý milník ve výzkumu Sluneční soustavy.  

Sonda Nozomi startovala 4. července roku 1998. Byla určena k výzkumu horní vrstvy atmosféry Marsu a její interakci se slunečním větrem. Dalším úkolem bylo testování nových technologií určených pro meziplanetární lety. Byla tak vybavena přístroji pro měření struktury, složení a pohybu ionosféry, účinky slunečního větru, úniku části atmosféry, magnetické pole Marsu i slunečního větru a prachu v jeho horní atmosféře.

Nozomi měla už od začátku velké problémy. Původně měla dosáhnout Marsu v říjnu roku 1999. Nejdříve se v pořádku dostala na protáhlou dráhu okolo Země a využila několik průletů kolem Měsíce pro získávání větší rychlosti. Pak se měla pomocí raketových motorů vydat na dráhu k Marsu. Ovšem porucha motoru, konkrétně závada na palivovém ventilu, způsobila, že se nedostala na správnou dráhu. Navíc se spotřebovalo daleko více paliva, než se předpokládalo. Pracovníci, kteří řídili let sondy, našli řešení této situace. Nově navržená dráha byla přímo mistrovské dílo vesmírné navigace. Sonda musela vykonat několik průletů kolem Země a cesta se tak o čtyři roky protáhla a připomínala pouť ze starořeckých bájí. K Marsu se nakonec sonda dostala až v prosinci 2003. 

Další velký problém způsobila už zmíněná velká erupce na Slunci. Nastala 21. dubna 2002 a její vysokoenergetické částice vyřadily napájecí systém sondy.  Na přechodnou dobu byl vyřazen z činnosti hlavní komunikační systém, záložní naštěstí zůstal v provozu a byl využit pro uvedení palubní aparatury do vyhovujícího stavu.
Elektrický zkrat v baterii připojené na topné elementy palivového systému způsobil, že zamrzl hydrazin v palivovém potrubí. Naštěstí se hydrazin při zamrznutí neroztáhne tak, aby poškodil trubky a po rozmrznutí motory mohly opět pracovat. Funkci napájecího systému se později podařilo obnovit jen částečně. Dokázal sice zajistit základní chod sondy a pouze velmi omezené spojení se Zemí. Nebylo možné vysílání potřebné hustoty dat k Zemi a získávání údajů probíhalo formou dotazů sondě, na které odpovídala pouze ano či ne. Nebylo možné ani udržení potřebného tepelného režimu v celé sondě hlavně ve větších vzdálenostech od Slunce.

Zvětšit obrázek

Kolem Marsu sonda Nozomi bohužel jen proletěla. (zdroj ISAS JAXA)

Ve větší blízkosti od Slunce hydrazin na čas roztál a mohly být provedeny potřebné korekce dráhy pro následující průletu kolem Země v prosinci 2002. V červnu 2003 pak sonda využila gravitační pole Země naposledy a vydala se konečně k Marsu. Se vzdalováním od Slunce palivo opět zamrzlo. V průběhu dalšího letu byla provedena řada pokusů o obnovení úplné činnosti napájecího systému pomocí obrovského počtu jeho vypnutí a opětného zapnutí. Ovšem naděje postupně slábla a slábla.  Znovuobnovení provozu se nepodařilo a Nozomi tak i po největším přiblížení k Marsu 14. prosince 2003  zůstala na heliocentrické oběžné dráze.

Nebudeme si zde uvádět všechny přístroje, které byly na palubě sondy. Většina z nich byla zaměřena hlavně na výzkum v okolí Marsu, takže kromě jejich testů se bohužel neuplatnily. Podíváme se tak jen na některé z těch, které mohly zkoumat meziplanetární prostor.
Měření intenzity čar Lyman alfa vodíku (jejich vlnová délka je 121,6 nm) a deuteria pomocí ultrafialového spektrometru se provádělo rutinně třikrát v týdnu. Využívala se rotace sondy, která umožnila získat údaje o rozložení intenzity záření těchto čar z celé oblohy a její změny v průběhu několika let aktivní činnosti sondy. To umožnilo analýzu rozložení neutrálního vodíku, jeho pohybu a časových změn těchto veličin. Data byla srovnávána s výsledky přístrojů sondy SOHO, která také měřila pozadí záření čar Lyman alfa.  Zdroj vodíku pochází z velké části z mezihvězdného prostředí a jeho pozorováním můžeme určovat pohyb „mezihvězdného větru“ nebo pohyb Sluneční soustavy vůči němu.

Ultrafialový spektrometr umožňoval měřit i čáry kyslíku a různě ionizovaných molekul CO. Uplatnění měření v této oblasti však bylo plánováno pro neuskutečněný pobyt na dráze okolo Marsu. Měla se studovat struktura a vývoj marťanské atmosféry, hlavně ionosféry a její interakce se slunečním větrem. Určování poměru mezi množstvím různých izotopů vodíku pak mělo přispět k poznání historie přítomnosti vod na Marsu. Velice přínosné však byla zkoumání iontů helia v zemské ionosféře pomocí jeho čar měřených druhým spektrometrem pracujícím v daleké ultrafialové oblasti. 

Dalším přístrojem, který přinesl cenná data, byl monitor částic slunečního větru. Ten využíval 200 μm tlustou křemíkovou fotodiodu k detekci částic s vysokou energií, která byla citlivá nejen pro ionty ale také pro elektrony. Jak už bylo uvedeno, byla sonda v průběhu svého dlouhého pobytu v prostoru mezi drahou Země a Marsu v letech 1998 až 2002 několikrát zasažena i velmi silnými slunečními erupcemi.
Při zmíněné erupci z dubna roku 2002 byl po šest hodin překročen maximální počet částic za časovou jednotku měřitelný tímto přístrojem. Spolu s ostatními sondami, které v té době také byly v meziplanetárním prostoru, tak umožnila získat řadu nových informací o transportu částic Sluneční soustavou. Takové znalosti jsou klíčové pro naše další cesty na Mars, hlavně pak pro případnou expedici s lidskou posádkou.

Zvětšit obrázek

Snímek kráteru Tsiolkovskij, který pořídila sonda Nozomi (zdroj ISAS JAXA)

Detektor prachových částic byl původně určen ke studiu prachového prstence, jehož výskyt se předpokládá podél oběžné dráhy měsíce Marsu Phobos. Bylo jej však možné využívat i pro detekci částic prachu vyskytujícího se v meziplanetárním prostoru. U prachových částic se měřily náboj, hmotnost, rychlost a směr letu a časové variace jejich výskytu. První dopad částice detekoval 13. července 1998. Dne 18 listopadu 1998 Nozomi křižovala dráhu meteorického roje Leonid. Ovšem rozbor směru příletu dvou v té době zaznamenaných prachových částic jejich příslušnost k tomuto roji nepotvrdil. Již během prvního roku letu bylo zaznamenáno více než čtyřicet částic a z nich byly nejméně tři mezihvězdného původu. Celkový počet proměřených částeček za dobu aktivní činnosti překročil stovku.
I z tohoto neúplného výčtu lze vidět, že se podařilo získat řadu vědeckých údajů o vlastnostech meziplanetárního prostředí a vývoji „slunečního počasí“.

Ovšem nejzajímavější poznatky se týkaly problémů kolem navigace sondy a využití gravitačních polí různých těles pro efektivnější cestování mezi planetami. Publikace výsledků sondy v této oblasti jsou těmi nejdůležitějšími. Testy jednotlivých přístrojů v blízkosti Země umožnily ohodnotit jejich konstrukci a vlastnosti. Kamera sondy například pořídila pěkné záběry Měsíce při průletu v jeho blízkosti. Obrovské zkušenosti se získaly také při dlouhodobé práci s těžce poškozenou sondou. Analýza problémů vzniklých při sluneční erupci možná přispěje k vylepšení odolnosti následujících kosmických aparátů. Přínos sondy Nozomi tak není malý, i když se ji nepodařilo splnit klíčový úkol. Její epopej určitě stojí za připomenutí přesto, že bohužel neměla šťastný konec. 

Prameny: 
Zdroj ISAS JAXA
Osobní stránky autora
Článek vyšel také v časopisu Kozmos