O některých vesmírných programech je radost psát. U některých je to těžší. A pak jsou třešínky na dortu, které si ale moc nevychutnáte. Do poslední skupiny zřejmě patří průlet sondy New Horizons v bezprostřední blízkosti planetky Pluto. Ač jde o bezpochyby výjimečnou událost, těch problémů je zkrátka tolik, že se z toho jednomu orosí monitor. Představme si typickou situaci, kterou poprvé nepřímo popsal Albert Einstein, aniž by znal Wifi:
Scéna 1: typická moderní pozemská domácnost: manžel kouká na svém laptopu na akční snímek v HD rozlišení, drahá polovička při stejném rozlišení prožívá trampoty hlavních hrdinů poslední epizody oblíbeného romantického seriálu, a při tom rozesílá fotky z dovolené svým kamarádkám ze svého áj(lavjů)founu. Samozřejmě že vše běží bezdrátově - kdo by se dnes otravoval se šňůrama? Pokud se někomu z nich objeví na monitoru drobný výpadek, dochází ke stimulaci emočních center mozku, a když problém přetrvává delší dobu, končí to většinou hodně rozzlobeným telefonátem nebo mailem poskytovateli připojení.
Scéna 2: Osamělá sonda - z dnešního pohledu už "šrot" tvarem i velikostí připomínající obří koncertní piáno, na nějž někdo odložil velkou parabolickou anténu, si to šine prázdným prostorem bez pár měsíců už celé desetiletí. Její celkový elektrický výkon není větší než žárovka, co máte v garáži. A je daleko. Tak daleko od nás, že když chceme rozeznat to, co nám říká, musí ty nejsilnější parabolické antény na Zemi přestat dělat všechno ostatní a poslouchat jen její vysílání. A míří směrem, kde už sonda není.
Když je naopak potřeba sondě nějaké povely poslat, antény znovu míří do prázdného prostoru, protože kdybychom signál poslali do těch míst, kde sonda "nyní" je, už by jej nezachytila. Než by tam informace dorazily, už by byla někde jinde. Je to zamotané. A ono je to ještě zamotanější...
Ty dvě předchozí scény nedělí jen čtyři a půl hodiny zpoždění signálu (v jednom směru). Dělí je patnáct dlouhých let, kdy jsme u nás na Zemi zaznamenali překotnou technologickou revoluci - ale zkuste tohle sdělit tomu osamělému piánu, které po celou tu dobu letí prázdným prostorem za tak extrémních podmínek, že by i technologie dnešních chytrých telefonů byly v podstatě k ničemu. Podmínky těch končin jsou nesrovnatelné s naší klidnou a milou tenoučkou vrstvou obyvatelné zóny na povrchu naší planety.
Dvě věci které neošidíš: daňový úřad a fyzikální zákony
Ale nenechme se mýlit předchozím přirovnáním. Jde o završení mnoha let usilovné práce předního týmu výzkumníků našeho domova - sluneční soustavy. A to v končinách tak vzdálených, že si je běžný smrtelník jen těžko umí představit - 4,8 miliard kilometrů. Dostat sondu tak daleko stálo 700 milionů dolarů (což je ale takřka pětkrát méně, než stál projekt Voyager). Ale výsledky, které sbírá, jsou pro nás zkrátka k nezaplacení. I když bude vědecký program po průletu systémem Pluto nadále pokračovat, jde o primární cíl mise. To co bude následovat po něm, bude už jen overtura a odchod do šaten... i když... ještě uvidíme.
Tým vědců a vývojářů se nepotýká jen s technologickým omezením. Výrobní postupy jsou skoro patnáct let staré (sonda startovala v r. 2006, ale její projekt vznikal ještě na konci uplynulého milénia), ale problémy, se kterými se vývojáři museli potýkat, je i působení fyzikálních zákonů.
Třeba LORRI - palubní kamera ve vysokém rozlišení. K pořizování snímků jí slouží teleskop o průměru 20 cm, ten je schopen na CCD čipy předat určité množství světla. Kdyby byly senzory kamery dejme tomu ve dvojnásobném rozlišení, nebylo by to moc platné. Naopak by pomohl teleskop o dvojnásobném průměru. Jenže ten by znamenal zvýšení hmotnosti sondy, z čehož nám vychází nutnost naplnit nádrže větším množstvím paliva, a delší čas potřebný k tomu se k primárnímu cíli vůbec dostat. Už při stávajícím vybavení urychlil sondu nejsilnější tehdejší nosič Atlas V s přídavnými segmenty (identický, jen o něco slabší než ty, co dopravily člověka k Měsíci).
Větší rozlišení fotocitlivého čipu neznamená takřka žádné zvýšení hmotnosti sondy, ale zvyšuje požadavky na interní paměť a úložný prostor palubní diskové jednotky. Byla by možnost všechny snímky ztrátově komprimovat, ale vědecký tým se rozhodl mít všechna cenná data v co největším rozlišení. Všechna nekomprimovaná data se budou stahovat až do konce příštího roku. Větší disková jednotka by znamenala delší dobu stahování kompletních dat. To klade nároky nejen na stabilitu napájecího zdroje (radioizotopový termoelektrický článek, který obsahuje 11 kg izotopu Plutonia Pu-238, a toho bylo i je pro mise do vnějších částí slunečního systému jen omezené množství), ale i na celkový stav sondy a jejích důležitých komponent nezbytných pro komunikaci.
Nemluvě o rychlosti, kterou jsou data vysílána na Zemi (u toho se zastavíme později) - i mise Voyager na tom byla líp, a samozřejmě problém je i v limitovaných finančních prostředcích pro vývoj, výrobu a dopravení sondy k cíli.
Máme tu začarovaný kruh, kde jakékoli zvýšené nároky na jeden element automaticky spustí řetězovou reakci v nárocích na elementy další. Všechna technická řešení musela tyto okolnosti respektovat (a nejvíce vlastně ony výše zmíněné fyzikální zákony). A nutno říct, že se s tím lidé kolem Alana Sterna poprali na výbornou. I kdyby došlo ke kritickým problémům v následujícím roce a půl, všichni členové týmu, i designéři sondy, udělali maximum.
Zkoušky, testy, simulace, hektolitry kávy a žaludeční vředy
Měsíce před přiblížením probíhaly ve znamení opakovaných schůzek, na kterých se probíraly všechny možné typy scénářů - tým hodnotil každé možné selhání či nepředvídanou událost, a hledal nejvhodnější konkrétní řešení pro daný problém.
Každá příkazová sada procházela nezávisle opakovanými testy na různých počítačích. Výsledky byly konzultovány s týmem plánujícím celou misi, vědeckými odborníky i technickými specialisty.
Někdy je zajímavé (a někdy méně) sledovat emoce kolem ztráty statutu planety po konferenci Mezinárodní astronomické unie v Praze v roce 2006. Z vědeckého hlediska jsou pro nás výsledky blízkých pozorování nesmírně cenné, a je úplně jedno, jakým statutem se těleso pyšní (či ne) v očích pozemšťanů. Pluto je totiž jakýmsi hybridem - i přes ztrátu planetárního statutu je to pořád poslední člen naší soustavy, zároveň ale také zástupcem transneptunické skupiny těles v oblastech Kuiperova pásu. Všechna její měření nám můžou pomoci pochopit celý náš sluneční systém.
Proto tým věnuje tomuto programu veškerou energii. Nálada je sice dobrá, a převažuje nadšení a vzrušení z událostí příštích. Zároveň se už projevují negativní faktor velkých stresů, přehození denního režimu, a dlouhých směn (14 - 18hodinové směny nejsou prý v těchto týdnech ničím výjimečným). Týmu New Horizons už pomáhají externí psychologové či odborníci na zdravou výživu (litr kafe denně zkrátka není pro tělo to pravé ořechové), ale i samotní členové týmu se snaží v rámci zmenšení stresu spolu trávit nějakou dobu i mimo práci, pokud jim to čas dovolí (pár týdnů před průletem proběhla například společná návštěva kina).
Navigační snímkování
Nezbytnou rutinou za poslední měsíce se stala navigační pozorování a měření přesné polohy systému s využitím hvězd vzdáleného pozadí (měření paralaxy). Poslední přesná určení polohy Pluta a jeho měsíců proběhla loni na podzim pomocí observatoře ALMA, a i když se za tu dobu z našeho pohledu Pluto na obloze posunul jen nepatrně, pro zjištění přesné polohy pro blízký průlet je to přeci jen dosti hrubý metr. Navíc od té doby probíhají rychlostní (tzn. dráhové) korekce, takže je poloha systému proti hvězdnému pozadí měřena pravidelně.
Čas od času byla tato měření intenzivnější a spojená do tzv. "navigačních fází" (optical navigation campaign, zkráceně opnav - tyto snímky jste pak mohli vidět na webu i třeba v tištěných médiích).
Kromě častých palubních měření nedávno proběhlo i jedno důležité tady na Zemi.Teleskop SOFIA v infračerveném pásmu je šikovné zařízení umístěné na palubě modifikovaného Boeingu 747SP. Ve výškách kolem 15 kilometrů už totiž máte většinu vodních par atmosféry pod sebou. Ty blokují záření v infračervených pásmech. Navíc k tomu dostáváte bonus naprosté mobility. A ty se moc hodily při snímkování zákrytu vzdálené hvězdy planetkou Pluto 30. června. Z našeho pohledu procházela na obloze planetka před světlem vzdálené hvězdy, a byla viditelná pouze z jižní polokoule, proto se startovalo z Nového Zélandu. Stín Pluta se pohyboval po zemském povrchu rychlostí 85 000 km/h.
Běžně se taková pozorování využívají třeba ke zkoumání atmosferického obalu těles sluneční soustavy, ale tady byl ještě jeden důležitý cíl: pomoci upřesnit polohu plutónského systému při navigaci sondy. Pro tuto chvíli vynechejme výsledky atmosferických měření a naopak podtrhněme to podstatné: Po důkladné analýze polohy oznámila NASA, že není potřeba žádných dalších korekčních zážehů. Sonda drží správný kurz!
Jemně infarktový Den nezávislosti aneb ve velíně chyběl už jen Bruce Willis...
Žádný dlouhý a náročný kosmický program se neobejde bez problémů. Ty se nevyhnuly ani týmu New Horizons. Předminulou sobotu - přesně na Den nezávislosti - 4.7. se ve středisku kontroly letu (MOC - Mission Operations Center) brzy odpoledne (večer našeho času) objevilo na monitorech oznámení, které předčí už jen hlášení o vypnutých motorech v kokpitu dopravního letadla někde nad oceánem:
OUT OF LUCK (Něco jako "máte smůlu")
Pět minut před druhou odpolední ztratil personál spojení se sondou. V takových situacích se dodržuje předem stanovený postup. Šéfka směny Alice Bowmanová okamžitě volala Glena Fountaina, který měl v tu dobu volno. "Glene, ztratili jsme veškerou telemetrii!" Úžasná věta, když s rodinou slavíte státní svátek. V době, kdy Fountain uháněl směrem k MOC na Univerzitě Johnse Hopkinse, měl už na telefonu vedoucího celé mise Alana Sterna. Jedno bylo jasné: oslavy pro ten den skončily, a domů se členové týmu stěží dostanou před úsvitem dne následujícího.
Trefně to posléze komentovala Bowmanová: "Prostě jsem jen stála jak přimražená, a zírala na monitor. Bylo to nejhorších dvacet minut mého života". Alan Stern událost později s nadsázkou označil jako "naše Apollo 13".
O této nehodě informoval dostatečně jak světový web, tak i český (podrobnosti se dočtete třeba zde), tím že je okurková sezóna v plném proudu, se na webu spustila doslova hysterická tsunami, posílená o skutečnost, že první zprávy oficiálních zdrojů měly zpoždění takřka 48 hodin. Takže místo opakování už napsaného si pojďme jen krátce shrnout informace, které se na webu neobjevily.
Celá anomálie se naštěstí rychle vysvětlila. Po necelých devadesáti minutách byl kontakt obnoven, a necelých patnáct minut po opětovném navázání spojení měl tým specialistů jasno, v čem byl problém. Příčinou byla nešťastná souhra okolností:
Primární procesorová jednotka sondy právě přesouvala data na diskové jednotce z obsazených sektorů do sektorů volných podobným způsobem, jakým to dělá váš počítač. Při této defragmentaci se zároveň na některá data uplatňovala ztrátová komprese, aby se ušetřilo místo pro snímkování ve fázi těsného průletu. Cílem není jen zvětšení kapacity volných sektorů, ale také rychlejší zápis dat nových. Takový úklid zdaleka neprobíhal poprvé (ani naposled), ale co je důležité: měl prioritu 1.
Shodou okolností v tu samou dobu dostihly sondu důležité povely ohledně navigace se stejným stupněm priority. Šlo o příkazovou sekvenci operací od sedmého až do čtrnáctého července, tedy o ta nejdůležitější data kolem samotného průletu. A to už bylo na hlavní procesorovou jednotku příliš. Žádné drama však nenastalo, naopak procesor bravurně provedl operaci, pro kterou byl dopředu naprogramován. Přerušil obě operace, předal "velení" záložní CPU jednotce a uvedl se do bezpečnostního režimu. Ten znamená konec vědeckých měření, a očekávání dalších povelů letové kontroly. Záložní systém přirozeně také nepokračoval v navigačních operacích. Bezpečnost je až na prvním místě.
Abych rozptýlil snad i poslední pochybnosti o tom, že může být ohrožen den D: už z podstaty plánovaného programu se stejná událost nemůže opakovat při samotném průletu, neboť sonda v té době nebude komunikovat se Zemí (k tomu se rovněž vrátíme později). Veškerá navigační měření byla přerušena po dobu několika dnů hlavně z toho důvodu, že letová kontrola chtěla podrobně zjistit stav palubních počítačů a pokusit se obnovit předtím neodeslaná data. Naopak veškeré sekvence ohledně samotného průletu už jsou nyní nahrány v paměti počítače.
Sedmého července se sonda vrátila do běžného pracovního režimu, takže než tuto nešťastnou (nikoli však kritickou) událost opustíme, podívejme se na datové výstupy, o které jsme zřejmě nenávratně přišli. Konkrétně jde o 30 pozorování z celkového počtu 496 mezi čtvrtým červencem a blízkým průletem. To znamená ztrátu 6 % vědeckých dat - z nich nejdůležitější jsou astrometrická pozorování a měření přesné vzdálenosti sondy k systému Pluto. Další podobná pozorování budou probíhat v době, kdy bude sonda stokrát blíž, než v době výpadku.
Konkrétně šlo mimo jiné o 16 černobílých snímků kamerového systému LORRI (tři z nich byly důležité navigační), čtyři barevné snímky systému Ralph a jedno jeho kompletní spektroskopické měření. Dále čtyři cvičná měření atmosféry detektoru Alice (ta skutečná začnou až dva dny před průletem), a několik měření plazmatu a okolí planetky detektory SWAP a PEPSI (více se o vědeckém vybavení sondy dočtete zde).
Sobotní snímky NASA - vidíme geologické útvary na povrchu!
Každá nově uveřejněná fotografie planetky Pluto či jejich měsíců za poslední týdny zaznamenala na internetu velkou vlnu nadšení. Nejdříve šlo o nevýrazné a rozmlžené kontury o velikosti několika pixelů. Jak narůstala velikost rozlišení, spíš než odpovědi přicházela nová tajemství a další otázky. Ale až v posledních dnech můžeme obdivovat dechberoucí snímky, na kterých vidíme více a více detailů. Pojďme proto na závěr dnešního článku porušit chronologii událostí, abychom si vychutnali snímky, které tým New Horizons publikoval v sobotu 11. července - tedy tři dny před samotným průletem. K událostem natřískaného palubního deníku se vrátíme zítra.
Už z fotografií pořízených od 27. června do 7. července jsme mohli pozorovat rozmanité útvary kolem rovníkové oblasti. Jedním takovým je ohromný tmavý pás pracovně pojmenovaný "the whale" (velryba). Na horní modelaci plutónského povrchu ji vidíte vlevo od středu. Táhne se podél rovníku planetky v délce přes 3 000 kilometrů. Napravo od ní je výrazná světlá skvrna částečně ve tvaru srdce - zřejmě povrch pokrytý ledem. Možná jde o zmrzlý metan, oxid uhelnatý, nebo dusík. Má v průměru přibližně 1 600 km. V pravé části animace se kolem rovníku nachází tajemné tmavé skvrny, každá z nich o velikosti několika stovek kilometrů. Možná jde o vulkány ze starých geologických dob, možná o impaktní krátery. Napravo od ní je nejsvětlejší oblast povrchu planetky.
Sobotní snímek ukazuje stranu Pluta, která směřuje k největšímu měsíci Charonovi a na které se nachází takzvaný "ocas" již zmíněného tmavého útvaru připomínajícího velrybu. (Ten předtím známý světlý útvar ve tvaru srdce se již z pohledu kamery pootočil za horizont.) Referenční koule s rovníkem a středním poledníkem ukazuje plutónskou orientaci v záběru kamery.
"Teď už jsme tak blízko, že začínáme lépe vidět Plutovu geologii", řekl Curt Niebur z NASA, který má na starosti šedé oblasti právě nad velrybím ocasem. "Je to unikátní přechodová oblast, kde na sebe vzájemně působí několik dynamických procesů, což je obzvláště vědecky zajímavé", dodává. Nejnovější obrázky Pluta byly pořízeny 9. července 2015 ze vzdálenosti 5.4 milionů kilometrů, s rozlišením 27 km na pixel.
Mezi strukturami povrchu, které jsme zatím schopni z obrázku rozpoznat, je oblast s jistými polygonálními rysy; pás terénu rozpínající se z východu na severovýchod napříč planetou, přibližně 1600 km dlouhý; oblast, kde se světlá část terénu potkává s tmavou částí terénu tzv. útvaru velryby. "Po devíti a půl letech letu to za to čekání opravdu stojí." dodává závěrem Alan Stern.
Poděkování: Miladě Bláhové za pomoc při sběru informací, týmu New Frontiers, NASA., Emily Lakdawalla
Zdroje informací
https://pluto.jhuapl.edu/News-Center/News-Article.php?page=20150710-2https://phys.org/news/2015-07-image-pluto-houston-geology.html
https://pluto.jhuapl.edu/News-Center/News-Article.php?page=20150707
https://www.sofia.usra.edu/News/news_2015/06_29_15/index.html
https://www.nasa.gov/nh/new-horizons-responds-spacecraft-anomaly/
https://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2015/07061400-new-horizons-back-in-action.html?referrer=https://plus.google.com/?referrer=
https://www.cyberspace.cz/node/discussion.php?ident=15525&1436627467
https://www.washingtonpost.com/national/health-science/the-inside-story-of-new-horizons-apollo-13-moment-on-its-way-to-pluto/2015/07/10/fb361248-25ad-11e5-b72c-2b7d516e1e0e_story.html
https://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2015/06240556-what-to-expect-new-horizons-pluto.html?referrer=https://plus.google.com/?referrer=
https://www.cyberspace.cz/node/discussion.php?ident=7838&1436035721?referrer=
https://www.cyberspace.cz/node/discussion.php?ident=15525&1436502141