50 let kosmonautiky - umělé družice Země

Ve čtvrtek 4. října 2007 jsme si připoměli přesně 50 let od vypuštění první umělé družice světa Sputniku. Hvězdárna Vsetín připravila velké množství akcí v rámci oslav tohoto významného jubilea kosmonautiky. Jednou z iniciativ bylo uspořádání výstavy 50 let kosmonautiky v Galerii Gratis vsetínského zámku. Pro ty z vás, kteří jste neměli možnost tuto výstavu navštívit přinášíme obrázky a internetový přepis panelů. Jako třetí uveřejňujeme panel nazvaný Umělé družice Země a další bude následovat 25. října.

Obr. 1: Zachycení návratové kapsle s naexponovánými špionážními snímky, které pořídila družice řady Corona. Velkou nevýhodou byla doba, po kterou museli vojenští experti čekat na dodání snímků. V případě nutnosti rychlého snímkování oblasti zájmu bylo potřeba vždy vypustit novou družici a snímky co nejdříve dopravit na Zemi. Dnes tento problém vyřešilo nasazení CCD čipů a okamžité přenášení záběrů na Zemi. [1]

Obr. 2: Sovětská špionážní družice 4. generace Jantar-4K2. Ze snímku je zřejmé, že se jedná o velmi velké zařízení, vždyť špionážní družice patří k největším, ale zároveň i nejdražším objektům na oběžné dráze kolem Země. Výrobní cena jednoho vesmírného špióna se může vyšplhat až na dvě miliardy dolarů. [1]

Obr. 3: Na snímku vidíme družici Envisat pro dálkový průzkum, kterou postavila a v roce 2002 vypustila Evropská kosmická agentura ESA. Tato družice o hmotnosti 8 200 kg patří mezi nejmodernější zařízení hlídající životní prostředí naší planety. [1]

Obr. 4: Oblast Portugalska a Španělska, kde lze vidět mohutné požáry, jenž tyto státy zasáhly v polovině roku 2006. Data pořídila z oběžné dráhy kolem Země družice Envisat. [1]

Obr. 5: Brazilské Rio de Janeiro na speciálním 3D snímku vytvořeném komerční družicí SPOT 5. V plné velikosti má snímek rozlišení kolem jednoho metru. [1]

Obr. 6: První pasivní telekomunikační družice na světě byla americká Echo 1, která do vesmíru odstartovala 13. května 1960. Měla tvar balónu o průměru přes 30 metrů a dodnes patří k rozměrově největším tělesům, jaká se kdy do vesmíru podívala. [1]

Obr. 7: Družice globálního navigačního systému GPS, která na své palubě nese i několik precizních atomových hodin. Znalost přesného času je kritická pro určování polohy a správnou funkci navigace. Mimo jiné nesou družice GPS systém senzorů pro sledování startů balistických raket a dodávají pozemnímu centru informace umožňující určení místa dopadu. [1]

Obr. 8: Umístění družic budovaného evropského navigačního systému Galileo. Celkem 30 satelitů se bude pohybovat na třech různých drahách ve stejné výšce 23 222 km nad Zemí. Bude tak zajištěno pokrytí celého světa. [1]

Velmi brzy po vypuštění prvních umělých těles na oběžnou dráhu kolem Země se začalo uvažovat o družicích sloužících pouze konkrétnímu účelu. Jako první v tomto směru, pomineme-li technologické a experimentální družice, začali pracovat vojáci.

Ve Spojených státech amerických i v Sovětském svazu se začaly vyvíjet koncem 50. let špionážní družice, které jsou schopny pozorovat z oběžné dráhy dění na Zemi. Výhodou družic je možnost snímkovat území hluboko za hranicemi „nepřátelského“ státu bez rizika sestřelení, jaké by hrozilo v případě nasazení průzkumného letounu. Velkou řadu špionážních družic mají Američané, kteří v roce 1959 zahájili provoz družice KH-1 Corona. Tento kosmický špión dokázal pořizovat snímky povrchu Země s rozlišením mezi 7,5 až 12 metry. To sice nebyly výsledky srovnatelné se špionážními letouny, na druhou stranu ale převažovaly výše uvedené výhody a vidina budoucího zlepšení technologie. Již čtvrtá generace družic KH-4 Corona dosahovala rozlišení asi 1,5 metru (psal se rok 1967), KH-6 Gambit pak 1,2 m. Poměrně nepříjemný problém byl s posíláním pořízených snímků zpět na Zemi. Protože ještě neexistovaly CCD čipy, využívalo se klasické fotografické metody na film, kdy kazeta s naexponovanými snímky přistávala zpět na Zemi. Pro případ chyby a přistání v jiné než cílové oblasti bylo pouzdro vybaveno autodestrukčním systémem. Moderní americké špionážní družice řady KH-12 Improved Crystal, o kterých jsou zveřejněny informace, dosahují rozlišovací schopnosti menší než 15 cm. První družice tohoto typu, již vybavená moderní snímací technikou, startovala v roce 1992 a od té doby bylo vypuštěno celkem pět zástupců této řady. Na veřejnost pronikly informace o nové řadě kosmických špionážních družic řady Misty s rozlišením pouze 4 cm! Tyto družice jsou velmi sofistikované, využívají stealth technologie a systém aktivní změny dráhy společně s několika klamnými cíli. Je tedy téměř nemožné tuto družici lokalizovat.

Sovětský svaz (resp. dnešní Rusko) zveřejnil o svém programu špionážních družic ještě méně informací než Spojené státy. Víme jenom, že se jedná o družice řady Zenit a Jantar, které se svými parametry v dnešní době blíží americkým. Svoje špionážní družice již vlastní i jiné státy jako Německo, Francie, Indie, Izrael, Čína, Írán a další. Soudobé družice již nepořizují pouze záběry ve viditelném oboru spektra, ale získávají takzvané hyperspektrální snímky, na kterých je možné odhalit chemické a biologické zbraně, ukrytou techniku atd. Zvláštní kapitolu tvoří družice vybavené pro odposlech radiokomunikace a internetu nebo družice vybavené velmi výkonným radarem.

Na úspěch vojenských špionážních družic navázaly družice pro dálkový průzkum Země. Ty se dělí do dvou základních kategorií – na komerční, jejichž snímky se prodávají soukromému sektoru a na vědecké, které slouží k pozorování zejména klimatických a geologických změn na Zemi. Do první skupiny patří například družice řady SPOT, QuickBird nebo Ikonos, které dosahují rozlišení až jednoho metru. Zajímavější jsou však družice pro vědecké pozorování Země. Jako ukázkový příklad z mnoha desítek podobných družic uveďme evropský Envisat, jehož primárním úkolem je sledovat životní prostředí. K tomu mu slouží velké množství vědeckých přístrojů pro sledování a zkoumání zemské atmosféry, měření teploty a zbarvení světových oceánů, zjišťování pohybů ledovců, sesuvů půdy, detekce požárů a mnoha desítek dalších činností.

Další velkou skupinou jsou telekomunikační družice zajišťující přenos televizního vysílání, telefonních hovorů a samozřejmě i internetu. První telekomunikační družicí bylo Echo 1 vypuštěné v roce 1960. Jednalo se o těleso ve tvaru balónu s průměrem 30,5 metru a sloužilo k pasivní telekomunikaci. O dva roky později odstartovala i první přenosová družice Telstar 1. V pozdějších letech se ukázalo, že velmi výhodné je umisťovat telekomunikační družice na tzv. geostacionární dráhu, která se nachází ve výšce 35 786 km nad zemským povrchem. Družice na této dráze totiž oběhne Zemi jednou za 24 hodin a jeví se tak pozorovateli stále na stejném místě. Proto také satelitní antény, které má většina z nás doma, směřují pořád do stejného místa oblohy. Moderními zástupci telekomunikačních družic umístěných na geostacionární draze jsou například Astra, Intelsat, Eutelsat nebo Hotbird. Zvláštní je celosvětová síť 66 družic Iridium pro mobilní telefony. Tyto družice se pohybují na několika oběžných drahách ve výšce 700 km nad zemí a zajišťují možnost mobilního telefonického spojení jakýchkoli dvou míst na světě.

Poslední skupinou družic pohybujících se kolem Země, o kterých bude řeč, jsou navigační družice. Ty, podobně jako špionážní, vznikly původně výhradně pro potřeby armády. Asi nejznámějším zástupcem je americký GPS (Global Positioning System), který navázal na předchozí projekty Timation a Transit. Systém GPS se začal realizovat v roce 1978 a v roce 1993 byl po mnohaletém testování uveden do plného provozu. Je samozřejmě logické, že prvním a v té tobě také jediným subjektem, který mohl tuto technologii využívat, byla armáda. Od roku 1996 je navigace pomocí GPS zpřístupněna i veřejnosti a každý si dnes může koupit přijímač signálu z navigačních družic. Těch je pro bezchybnou funkci systému GPS potřeba 24, z čehož v jeden okamžik postačí mít signál ze tří, lépe ale čtyř družic. Poloha uživatele je s odchylkou pár metrů, což je pro běžnou každodenní činnost dostačující. Podobný navigační systém, jako je americké GPS, mají i Rusové. Jedná se o program družic Glonass, který však trpí nedostatkem financí v rozpočtu ruské armády. Je sice snaha o komerční využití tohoto systému a nalezení strategického zahraničního partnera, ale naděje na plnou obnovu je velmi malá. Navíc pod taktovkou Evropské kosmické agentury vzniká nový celosvětový navigační systém Galileo, který má svými parametry překonat i GPS. Ten je v současné době ve výstavbě a se zahájením provozu se nepočítá dříve než po roce 2012. Přesnost evropského navigačního systému bude pro placené zákazníky lepší než jeden metr, pro ostatní bude přibližně srovnatelná s GPS. Svoje vlastní navigační systémy mají i jiné státy – Indie GAGAN a IRNSS, Čína Beidou, Japonsko QZSS. U těchto státu se však jedná pouze o lokální navigační systémy pro oblast jednoho státu.

Na oběžné dráze kolem Země se pohybuje velké množství družic, které plní různé úkoly a poslání. Bohužel není možné pohovořit o všech, čili předcházející výčet obsahoval pouze ty nejdůležitější skupiny.