Budoucnost výzkumu sluneční soustavy kosmickými sondami V - Aktuální stav k lednu 2007

Obr. 1: Čínská lunární sonda Chang´e-1.

Obr. 2: Dráha indické sondy Chandrayaan - 1. [25a]

Obr. 3: Sonda Chandrayaan - 1 v předstatvách grafika nad měsíčním povrchem. [25b]

Obr. 4: Japonská sonda Planet-C v předstatvách grafika na oběžné dráze Venuše. [33a]

Obr. 5: Dráha sondy Phoenix ve sluneční soustavě. [39a]

Obr. 6: Kresba sondy Phoenix na povrchu Marsu. [39b]

Obr. 7: Způsob přistání landeru MSL pomocí létajícího jeřábu. [45]

Obr. 8: Detail létajícího jeřábu. [45]

Obr. 9: Srovnání roverů MSL (vlevo) a MER (vpravo). [40b]

Obr. 10: Srovnání kol roverů MER (vlevo), Sojourner (uprostřed) a MSL (vpravo). [40c]

Obr. 11: Kresba sondy Dawn. [43a]

Obr. 12: Sonda Dawn v montážní hale. [43b]

Pokud jde o Měsíc, je tzv. ticho po pěšině, žádná sonda kolem našeho nejbližšího vesmírného souseda neobíhá ani neprovádí průzkum přímo na povrchu. Avšak atmosféra je, jak uvidíme dále, plná očekávání.

U Venuše v tuto chvíli provádí výzkum evropská sonda Venus Express, která startovala na podzim roku 2005 a svou vědeckou činnost započala téměř před rokem, v dubnu 2006 [5] (více též Athena 14/2006 [6]). Směrem k Merkuru si to šine americká sonda MESSENGER, kterou letos v létě čeká druhý průlet kolem planety Venuše. Ten je plánovanou součástí gravitačních manévrů, jež mají MESSENGER navést k Merkuru [7] (více Athena 7/2004 [8]). Nadlouho by bylo povídání o Marsu, proto jen telegraficky: na oběžné dráze pracují dvě americké družice - Mars Odyssey a Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) [9, 10], Mars Global Surveyor se odmlčel loni v říjnu po téměř 10 letech služby [11]. Na orbitě Marsu s nimi od prosince 2003 pracuje ještě evropský Mars Express [12]. Na povrchu stále fungují a výsledky dodávají vozítka Spirit a Opportunity, a to již neuvěřitelné 3 roky [13]. Kolem Jupitera proletí v únoru tohoto roku americká sonda New Horizons, která míří k trpasličí planetě Pluto, které dosáhne v roce 2015 a poté bude pokračovat dále do Edgeworth-Kuiperova pásu (tam by měla prozkoumat alespoň jedno těleso); více Athena 13/2006 [14]. Průlet kolem největší planety sluneční soustavy bude využit především k urychlení sondy pomocí gravitačního pole a samozřejmě také k otestování přístrojů a průzkumu samotné planety [15]. Další sondou/observatoří je americká Cassini, která již (podobně jako Spirit a Opportunity) téměř tři roky krouží kolem Saturnu, který zkoumá společně s jeho systémem prstenců a měsíců; především se však zabývá největším měsícem Titanem, na kterém v lednu 2005 dosedlo evropské přistávací pouzdro Huygens [16]. Od asteroidu 25143 Itokawa se na Zemi se vzorky tohoto tělesa vrací japonská sonda Hayabusa [17], která, doufejme, navzdory technickým problémům přistane (tedy její návratová část) v roce 2010. Po úspěšném sběru vzorků kometárního a mezihvězdného materiálu byla prodloužena mise sondy Stardust [18] (její návratové pouzdro úspěšně přistálo ve státě Utah v lednu loňského roku) jako Stardust NExT mission. Jejím dalším úkolem bude průzkum jádra komety Tempel 1, které bylo na Den nezávislosti roku 2005 bombardováno impaktorem sondy Deep Impact [19]. I tato mise byla prodloužena (jde samozřejmě o její mateřskou část), impaktor byl zničen při dopadu na jádro komety) jako Deep Impact eXtended Investigation of Comets (DIXI) a jejím úkolem bude rovněž průlet kolem některé další komety [20]. Evropská sonda Rosetta, která míří ke kometě 67P/Churyumov-Gerasimenko proletí 25. února kolem Marsu a poté v dubnu provede Deep Space Maneuver (DSM) - korekci dráhy [21]. Na úplný závěr si připomeňme dvojici meziplanetárních/mezihvězdných sond Voyager 1 a Voyager 2, které jsou nyní ve vzdálenosti přes 100 respektive 80 astronomických jednotek (AU) od Slunce [22, 22a].

Nyní se již podívejme do budoucna, přičemž se budeme zhruba držet osnovy z předcházejícího odstavce a začneme tedy naším kosmickým souputníkem, Měsícem.

V prvním ze série článků zabývajících se budoucností (výzkumu sluneční soustavy kosmickými sondami samozřejmě :-)), který vyšel [1] v Atheně 9/2005, tedy již před dvěma lety, jsem psal o několika připravovaných projektech výzkumu Měsíce. Asi nejvýznamnějším z nich je připravovaná americká sonda Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). Zde se prakticky nic nezměnilo, start je plánován na konec roku 2008 z Kennedyho kosmického centra s pomocí nosné rakety Atlas V (401). Po navedení na polární oběžnou dráhu kolem Měsíce ve výšce 30 – 50 km nad povrchem bude plnit své úkoly po dobu jednoho roku, s možností prodloužení mise o dalších 5 let na nižší dráze. Také není vyloučeno, že i po této době bude využívána jako komunikační satelit. Hlavními úkoly sondy bude výzkum radiace na oběžné dráze, studium globální topografie, mapování povrchu s cílem hledat vodík, mapování teplotních profilů v polárních oblastech, snímkování povrchu v místech, která jsou neustále ve stínu, identifikace možných zásob podpovrchového ledu v polárních oblastech, měření výškových profilů v potencionálních přistávacích oblastech budoucích pilotovaných misí. Čtenáře s hlubším zájem o přístrojové vybavení a další detaily odkazuji na článek [1] nebo webové stránky LRO [23]. Dále jsem se zmiňoval o měsíčních ambicích tří států, které prozatím nejsou považovány za příliš významné pokud jde o kosmonautiku. S jednou výjimkou - Japonskem, které již má značné zkušenosti (např. již zmíněná sonda Hayabusa, dříve Nozomi (i když ta dopadla neslavně), sondy pro výzkum komety 1P/Halley Sakigake a Suisei). Dalšími dvěma státy jsou Čína a Indie. Podívejme se nejprve na čínský projekt.

Čínská sonda se jmenuje Chang’e I, odstartuje na nosné raketě Long March 3A z kosmodromu Xichang v provincii Sichuan v březnu tohoto roku. Na oběžné dráze Země by měla strávit pouze 8 hodin, po nichž se odpoutá a vyrazí na svou 114 hodin dlouho trvající cestu k Měsíci. Ačkoliv vědecké vybavení, které bude na palubě, není příliš známo, v hrubších rysech čínští odborníci přece jen něco naznačili: sonda má získat trojrozměrné snímky povrchu, zjistit distribuci 14 „upotřebitelných“ prvků, změřit teplotu povrchu, odhadnout tloušťku povrchové vrstvy a studovat prostředí mezi Zemí a Měsícem. Celá mise má trvat jeden rok. Tato sonda však nemá být jediným čínským želízkem v ohni měsíčního výzkumu, v nadcházejících letech plánují Číňané měsíční vozítko a návrat vzorků z povrchu zpět na Zemi [24].

Indická sonda pro výzkum Měsíce nese název Chandrayaan-1. Sonda má tvar krychle s délkou hrany cca 1,5 m, hmotnost při startu má být 1304 kg, suchá hmotnost (bez paliva) u Měsíce 590 kg. Startovat by měla pomocí nosné rakety PSLV-XL na eliptickou přechodovou dráhu s perigeem 240 km a apogeem 24000 km ne dříve než v září tohoto roku z kosmodromu Satish Dhawan Space Center ve Šríharikotě. Podle posledních informací byl start odložen na rok 2008.

Sonda je tříose stabilizovaná, k motorickým manévrům používá pohonný systém na dvojsložkové pohonné látky, solární panely vyrábí elektrickou energii, špičkový výkon má být asi 700 W, z těchto panelů jsou také dobíjeny Li-ion akumulátory. Telemetrie a příkazy jsou přenášeny v S-pásmu, pro přenos vědeckých dat je sonda vybavena 0,7 m anténou pro pásmo X.

Vědecké vybavení je dodáno v rámci mezinárodní spolupráce několika státy a má hmotnost 55 kg. Ačkoliv popis vědeckých cílů byl uveden již v článku [1], budu se zde jimi podrobněji zabývat a podíváme se i na přístrojové vybavení. Na palubě tedy budou tyto přístroje:

- TMC (Terrain Mapping Camera) - mapovací kamera je určena k stereoskopickému snímání přivrácené i odvrácené strany Měsíce s rozlišením až 5 m, zabírá pásy s šířkou 20 km. Mapování celého povrchu s takovýmto rozlišením umožní pochopit evoluční procesy a detailní studium vědecky zajímavých oblastí. Data z tohoto přístroje s daty získanými z LLRI umožní zpřesnit model gravitačního pole Měsíce

- HySI (Hyper Spectral Imager) - hyperspektrální snímač má získávat spektroskopická data pro mineralogickou mapu povrchu tím, že bude analyzovat sluneční světlo odražené od měsíčního povrchu v 32 sousedních pásmech ve velmi blízké infračervené oblasti v rozsahu 0,4 - 0,95 μm. Studium hlubokých oblastí kráterů a centrálních vrcholků, které představují „zpřevracený povrch“ umožní lépe pochopit mineralogické složení vnitřních částí Měsíce

- LLRI (Lunar Laser Ranging Instrument) - laserový výškoměr pracující se světelnými impulsy s rozpětím 10 ns na vlnové délce 1064 nm. Přijímačem odraženého záření je 17 cm teleskop typu Ritchey-Chrétien. Účelem tohoto zařízení je topografické mapování povrchu, což je jeden ze základních způsobů studia vesmírných těles. V kombinaci se znalostí gravitačního pole, umožňuje zkoumat podpovrchové anomálie tzv. mascony

- HEX (High Energy X-ray Spectrometer) je vysokoenergetický (30 keV - 250 keV) rentgenový spektrometr pro oblast rentgenového záření. Jedná se o první spektrometr v takto „tvrdém“ RTG použitý pro planetární výzkum navíc je osazen detektorem s dobrým energetickým rozlišením. Bude detekovat elektromagnetické záření o výše uvedených energiích, které vzniká přirozeným rozpadem jader atomů 238U a 232Th

- CX1S (Chandrayaan Imaging X-ray Spectrometer) - rentgenový zobrazovací spektrometr detekuje sekundární záření o energiích 1 - 10 keV prvků Mg, Al, Si, Ca, Fe, Ti vybuzené primárním RTG slunečním zářením s prostorovým rozlišením 20 km. Takto je možno zjistit distribuci těchto prvků na měsíčním povrchu

- SIR-2 (Infrared Spectrometer) je spektrometr pro blízkou infračervenou oblast (NIR) v rozmezí 0,93 - 2,4 μm. Hlavním úkolem je mapování povrchu s rozlišením 100 m. Z toho vyplývající vědecké cíle jsou: analyzovat v dosud nevídaných detailech povrch z mineralogického, geologického a topologického hlediska, studovat vertikální složení povrchové vrstvy, zkoumat procesy vzniku moří a kráterů, zkoumat procesy tzv. kosmického počasí na povrchu a hledat zdroje užitečných minerálů v oblastech potencionálních přistávacích míst

- SARA (Sub-Atomic Reflection Analyzer) - sestává ze senzoru neutrálních částic s nízkou energií (10 eV - 2 keV) CENA a monitoru slunečního větru SWIM. Pomocí těchto zařízení bude „snímkovat“ povrch za účelem zjištění jeho složení (a to i v oblastech, které jsou trvale ve stínu), studovat interakci mezi slunečním větrem a povrchem a zkoumat povrchové magnetické anomálie

- RADOM je miniaturní spektrometr-dosimetr, jehož úkolem je sledovat radiační dávky na oběžné dráze

- MiniSAR (Miniature Synthetic Aperture Radar) - radar se syntetickou aperturou může pracovat ve dvou různých módech (scattermeter a radar se syntetickou aperturou). V módu skaterometru míří svazek od nadiru podél oběžné dráhy letu. Takto získaná data mohou poskytnout informace o členitosti terénu s metrovou přesností, orientačně údaje o dielektrické konstantě nebo pórovitosti materiálu. V režimu radaru se syntetickou aperturou je svazek odkloněn od nadiru o 45°. Takto by mohly být podány důkazy o přítomnosti vodního ledu v polárních oblastech

- M3 (Moon Mineralogy Mapper) - je zobrazovací spektrometr operující v rozpětí 0,7 - 3 μm určený k mineralogickému mapování povrchu v kontextu s měsíčním geologickým vývojem

- SXM (Solar X-ray Monitor) - monitor slunečního rentgenového zařízení měří frekvenci a energetické spektrum proudu slunečního rentgenového záření. Během slunečních erupcí se budou tato data používat ve spolupráci s přístrojem CIXS k mapování rozložení hlavních prvků, tvořících minerály na měsíčním povrchu

Součástí sondy je MIP, impaktor, který je jednak technologickým demonstrátorem a má ukázat cesty jak v budoucnu konstruovat sondy pro měkké přistání, jednak bude během sestupu provádět měření k čemuž má sloužit radarový výškoměr, CCD kamera a hmotnostní spektrometr.

Zájemce o detailnější informace (nejen) o přístrojovém vybavení odkazuji na dobře zpracované stránky ISRO [25, 25a], v češtině pak [26].

Pokud jde o Japonsko, v době sepsání předchozího článku to vypadalo, že k Měsíci vyšle rovnou 2 sondy: SELENE a Lunar-A.

V případě sondy SELENE (SELenological and ENgineering Explorer) také nedošlo k velkým změnám, měla by startovat letos pomocí nosné rakety HII-A z japonského kosmodromu Tanegashima. Jen pro připomenutí: celá mise má sestávat ze tří částí, hlavního satelitu na oběžné dráze ve výšce 100 km a dvou subsatelitů. Hlavní satelit má tvar kvádru o rozměrech 2,1 x 2,1 x 4,2 m, který je rozdělen na přístrojovou část o délce 2,8 m a pohonný systém o délce 1,2 m. Dalšími částmi je panel solárních článků a směrová anténa o velkém zisku. Subsatelit (VRAD) je určený k interferometrickým měřením. Druhý, přenosový subsatelit, je určen k retranslaci signálů z hlavního satelitu i ze satelitu VRAD na Zemi, pokud se tyto dva nachází na obrácené straně. Velikost těchto subsatelitů je 1 x 1 x 0,65 m, jejich hmotnost je 50 kg. Hlavními vědeckými úkoly SELENE je získávání informací o globálním rozložení prvků na povrchu, složení minerálů, studium topografie, geologie, gravitace a plazmatu. Kromě těchto výzkumů jde též o ověřování a vývoj technologií pro budoucí mise [1, 27].

Již na konci roku 2005 to bylo se sondou Lunar-A nahnuté, start byl kvůli finančním i technickým problémům několikrát odložen, a nedalo se předpokládat, že by sonda startovala dřív než v roce 2006. Nyní komise agentury JAXA doporučila zastavení a zrušení tohoto projektu. Ten byl koncipován již od poloviny 80. let minulého století a od té doby technické vybavení již zastaralo. Ačkoliv projekt bude pravděpodobně zrušen, ISAS (součást JAXA) dokončí vývoj penetrátorů (zařízení, která se měla zabořit pod povrch Měsíce) a nabídne zkušenosti z tohoto vývoje případným zájemcům (např. Ruské federaci). Definitivní rozhodnutí lze čekat do konce měsíce [28, 29].

Zajímavou informací [30] byla zpráva o možnosti vypuštění dvou měsíčních sond Spojeným královstvím Velké Británie a Severního Irska. Návrhy byly předloženy komisi Particle Physics and Astronomy Research Council. Pokud by byly tyto návrhy schváleny, první ze sond jménem Moonlight odstartuje v roce 2010.

Mise by měla sestávat z 1 m dlouhého penetrátoru, který bude vystřelen z orbitální části a zaboří se dva metry do hloubky. Cílem této operace má být studium „měsícotřesení“ (tedy měsíční verze zemětřesení).

Pokud by byla tato sonda úspěšná, následovala by ji druhá pod názvem Moonraker, která by na Měsíci přistála a pátrala po místech vhodných pro obydlené základny.

Ačkoliv to vypadalo pěkně, představitelé British National Space Centre (BNSC) po dvoudenní konferenci uvedli informaci na pravou míru s tím, že mise jsou velmi nepravděpodobné [31].

Posuňme se trochu dál a nahlédněme do kuchyně kosmických mocností pokud jde o výzkum terestrických planet a začněme Venuší.

Zde se opět setkáváme s Japonskem, které má v úmyslu vypustit k Venuši sondu Planet-C v roce 2010 pomocí nosné rakety M-V na oběžnou dráhu Země s apogeem více než 200000 km. Poté přejde na dráhu přechodovou k Venuši, kolem které bude obíhat na téměř rovníkové dráze s nejvyšším bodem mezi 60000 a 80000 km a s nejnižším bodem blízko povrchu. Její suchá hmotnost na oběžné dráze je plánována na 320 kg a sonda je tříose stabilizovaná. Základní těleso je kvádr o rozměrech 1,6 x 1,6 x 1,25 m se dvěma panely solárních článků, každý o ploše 1,4 m2 a celkovém nominálním výkonu 1200 W. Dále bude sonda vybavena 1,6 m vysokoziskovou anténou pro komunikaci v pásmu X s příkonem 20 W. Kromě toho budou přítomny 2 páry antén, jeden s nízkým a jeden se středním ziskem. Na druhé straně, proti vysokoziskové anténě, bude 0,45 m dlouhý orbitální manévrovací motor o tahu 500 N, který používá dvousložkové hypergolické palivo (N₂H₄ + N₂O₄), pro malé korekce bude sonda vybavena 12 motorky na jednosložkové palivo (N₂O₄), z toho osm s tahem 23 N a tři s tahem 3 N.

Protože hlavními vědeckými cíli má být studium vysokých vrstev atmosféry a výzkum trojrozměrných pohybů v nižších vrstvách bude vybavena kamerou pro blízkou infračervenou oblast spektra. Dále má měřit teplotu atmosféry a hledat důkazy vulkanické činnosti a výskyt blesků [32, 33].

V článku [2] jsem psal o připravované evropské sondě s mezinárodní spoluprací k Merkuru Bepi-Colombo. Vzhledem k plánovanému startu v srpnu 2013 zatím není známo o mnoho více, než před téměř dvěma lety, kdy vznikl původní článek. Proto stejně jako u sondy SELENE jen krátké připomenutí: mise bude sestávat ze dvou samostatných částí - MPO (Mercury Planetary Orbiter) a MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter, tu by mohla dodat agentura JAXA/ISAS). Části mohou být vypuštěny buď zároveň pomocí nosné rakety Ariane 5 nebo každá zvlášť dvěma raketami Sojuz — Fregat v roce 2012. Cesta by měla trvat 4,2 roku s pomocí iontových motorů SEPM (Solar-Electric Propulsion Module), chemických motorů CPM — (Chemical Propulsion Module) a gravitační asistence Měsíce, Venuše a Merkuru. Vědeckými cíli mise jsou: studium vnitřní struktury, geologie, chemického složení, kráterů, původu planety, dále struktury a dynamiky magnetického pole planety, složení zbytkové atmosféry, testování obecné teorie relativity, hledání asteroidů uvnitř oběžné dráhy Země a nakonec studium původu a vývoje planet, které se nacházejí blízko své mateřské hvězdy. MPO ponese snímkovací systém sestávající z širokoúhlé a teleskopické kamery, infračervený, ultrafialový, gama, rentgenový a neutronový spektrometr, laserový výškoměr, teleskop pro sledování blízkozemních asteroidů (Near Earth Objects - NEO) a rádiový experiment. Sonda je pojmenována po Guisseppe (Bepi) Colombovi (1920 - 1984) italském vědci, matematikovi a inženýrovi na univerzitě v Padově [34, 35].

Přenesme se konečně k zemi (tedy spíše planetě) zaslíbené, tedy Marsu. V pondělí 8. ledna vybral NASA dva návrhy kosmických sond pro výzkum této planety k dalšímu rozpracování. Oba projekty budou sponzorovány dvěma miliony dolarů a na konci roku bude vybrán jeden z nich k realizaci. Start sondy dle tohoto projektu je plánován na rok 2011 a jeho cena nesmí překročit 475 milionů dolarů. Těmito dvěma návrhy jsou:

- Mars Atmosphere and Volatile Evolution mission (Maven) - sonda by měla provést první měření svého druhu, zaměřená na klíčovou otázku týkající se marťanského klimatu a jeho obyvatelnosti, zdokonalit naše znalosti dynamických procesů ve svrchní vrstvě atmosféry a ionosféry a dále pátrat po stopách biogenních prvků jako např. metanu. Vedoucím projektu je Dr. Bruce Jakosky z University of Colorady, Boulder.

- The Great Escape mission - cíle jsou velmi podobné jako u předchozí sondy: výzkum vývoje základních procesů v atmosféře měřením struktur a dynamiky vysoké atmosféry a také pátrání po biogenním metanu. Vedoucím je Dr. Alan Stern ze Southwest Research Institute, Boulder, Colorado, který je v současné době hlavním vedoucím mise New Horizons.

Dále NASA vybral Dr. Aliana Wanga z Washington University k účasti na evropském projektu ExoMars (viz dále), kde se bude podílet na chemickém, mineralogickém astrobiologickém výzkumu pomocí přístrojů sondy ExoMars. Na tuto činnost obdržel cca 800000 dolarů [36].

To stále ještě není vše. NASA také vybral další dva návrhy (technologické vývojové studie), které mají být příspěvkem k evropské misi ExoMars. Tyto studie (každá dotovaná 1,5 miliony dolarů) jsou:

- Urey Mars Organic and Oxidant Detector - určena k hledání organických a oxidujících látek za pomocí tří komplementárních detekčních systémů

- Mars Organic Molecule Analyzer (Moma) – měla by hledat známky organických látek a zkoumat prostředí ve kterém se vyskytují pomocí plynového chromatografu a hmotnostního spektrometru [35].

Obraťme však pozornost do bližší budoucnosti, konkrétně k srpnu letošního roku, kdy z Cape Canaveral Air Force Station na Floridě odstartuje nosná raketa Delta II s meziplanetární sondou Phoenix.

Počáteční dráha sondy je záměrně nasměrována tak, aby třetí stupeň nosné rakety nedopadl na povrch Marsu. Proto již 10 dní po startu dojde k první korekci dráhy TCM (trajectory correcting maneuver), která nasměřuje sondu k planetě. Další korekce jsou naplánovány na pozdější fáze letu, tak aby korigovaly chyby první TCM. K návrhu těchto korekcí bude sloužit také Deep Space Network (DSN), systém parabolických antén využívaných pro komunikaci se sondami a satelity ve vzdáleném vesmíru. Tyto antény budou tedy kromě komunikace se sondou také sledovat její pohyb a umožní tak provést výše zmiňované korekce. Tento způsob navigace byl již dříve použit u sondy Mars Odyssey a vozítek Spirit a Opportunity. Těchto korekcí bude celkem deset, z toho dvě během posledních tří dnů. V průběhu cesty mezi Zemí a Marsem se bude sonda skládat ze dvou částí - samotného přistávacího modulu a jakési plošiny, osazené solárními panely a dalším vybavením, která je nutná jenom pro přelet a bude odhozena pět minut před vstupem modulu do atmosféry.

K tomu dojde asi 170 km nad povrchem a lander bude zpomalován třením, přičemž bude chráněn tepelným štítem před vysokými teplotami. Antény umístěné na opačné straně než štít budou komunikovat s jednou ze tří družic v té době obíhajících kolem planety. Tento satelit pak bude údaje přeposílat na Zemi. Poté co modul zpomalí na rychlost 1,7 Machu otevře se padák, krátce na to dojde k oddělení tepelného štítu, aktivuje se přistávací radar a vysunou se přistávací nohy. Lander takto bude pokračovat v sestupu atmosférou až do výšky cca 1 km nad povrch, kde se oddělí od přistávacího padáku, zažehne přistávací trysky a zpomalí. Až se modul buď dostane do výšky 12 m nad povrch nebo zpomalí na 2,4 m.s-1, začne se pohybovat konstantní rychlostí a poté co senzory oznámí kontakt s povrchem, přistávací motory se vypnou a Phoenix přistane. Tento způsob přistání se liší od postupů užitých u landeru Mars Pathfinder [37] a roverů Spirit a Opportunity, které přistávaly pomocí airbagů a je podobný tomu, který byl použit v 70. letech u landerů Viking 1 a Viking 2 [38].

Strategický plán operací bude stanoven vždy na příštích 14 dnů a v rámci něj bude vytvářen detailnější taktický plán věnovaný následujícím dvěma solům (marťanským dnům, ty jsou asi o 40 minut delší než dny pozemské). Nyní věnujme prostor přístrojovému vybavení a vědeckým záměrům Phoenixe. Vybavení sestává z následujících částí:

- RA (robotic arm) - robotické rameno, je jednou z nejdůležitějších součástí landeru. Jeho účelem je vydloubnout kus půdy, nabrat vzorek půdy a ledu a dopravit jej do zařízení TEGA a MECA k analýzám

- MECA (Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyzer) - mikroskop, elektrochemický a vodivostní analyzátor - přijatý vzorek rozpustí v malém množství vody a určí pH, množství hořečnatých a sodných kationtů nebo chloridových, bromidových a dalších aniontů a také změří množství rozpuštěných plynů jako je kyslík a oxid uhličitý. Mikroskop bude pozorovat zrnka půdy za účelem určení jejich původu a mineralogiského složení. Pomocí jehly vetknuté do vzorku půdy určí množství vody a ledu v ní obsažené

- TEGA (Thermal and Evolved Gas Analyzer) - kalorimetrický analyzátor a analyzátor vyvinutých plynů - skládá se z vysokoteplotní pece a hmotnostního spektrometru. Vzorek půdy bude vložen do pece a jeho teplota bude zvyšována konstantní rychlostí přičemž bude sledován potřebný příkon. Tomuto postupu se říká skenovací kalometrie a je vhodná pro pochopení chemických vlastností půdy a ledu. Po dosažení teploty 1000°C se led a ostatní těkavé látky zcela odpaří do proudu plynu, který bude veden do hmotnostního spektrometru (MS); ten je schopen jak kvalitativní tak kvantitativní analýzy organických látek

- RAC (Robotic Arm Camera) - kamera na robotickém rameni - bude pořizovat detailní, plně barevné snímky povrchu v okolí landeru, půdy a vodního ledu v drážkách po lopatce RA, snímky k ověření nabraných vzorků před jejich dalším zpracováním a ke snímkování dna a stěn výhrabu ke studiu texturních a dalších vlastností půdy ve velkém rozlišení

- SSI (Surface Stereo Imager) - bude sloužit jako „oči“ mise, je určena k pořizování stereoskopických a panoramatických snímků ve vysokém rozlišení okolní polární krajiny

- MARDI (Mars Descent Imager) - je určena ke snímkování cílové oblasti během přistávání po odhození tepelného štítu. Bude pořizovat série širokoúhlých barevných snímků a také to bude poprvé, kdy budou snímky pořizovány již během přistávacího manévru na Marsu

- MET (Meteorological Station) - meteorologická stanice. Bude zaznamenávat podmínky marťanských severních plání pomocí teplotních a tlakových čidel, senzorů zaznamenávajících světelné podmínky a zaměřovacích přístrojů (LIDAR). Poskytne tak informace o aktuálním stavu atmosféry a o vodním cyklu mezi pevnou a parní fází v polárních oblastech

Celkové cíle Phoenixe tedy jsou: určit, zda někdy na Marsu vznikl život, charakterizovat marťanské klima a geologii a zajistit potřebné informace pro potencionální výzkum lidskou posádkou. K podrobnějšímu studiu doporučuji pěkně zpracované webové stránky projeku [39], odkud pochází výše uvedené informace.

Nejambicióznějším projektem výzkumu Marsu je ovšem americký rover Mars Science Laboratory (MSL), jehož start je plánován během startovacího okna buď 1. září nebo 20. října 2009 s příletem k Marsu v červenci nebo říjnu 2010 podle toho, které okno se podaří využít. K vynesení by měla být použita nosná raketa Atlas V (541) [40a]. Mise bude znamenat značný pokrok ve výzkumu Rudé planety díky velkému množství vědeckého vybavení a značné pohyblivosti roveru.

Po startu bude sonda navedena na kruhovou parkovací dráhu kolem Země, kde nějakou dobu setrvá. Poté dojde k zážehu posledního stupně a navedení na dráhu k Marsu, na které dojde k oddělení od zbytku nosné rakety. Sonda bude sledována pomocí DSN, otestuje se stav jednotlivých systémů atd. Podrobnější informace o průběhu letu zatím nebyly na oficiálních stránkách projektu zveřejněny. Poněkud více informací je známo k samotnému přistání, i když i tato část je zatím pravděpodobně ve fázi vývoje. Způsob přistání je však poměrně zajímavý a inovativní, takže se na něj podíváme poněkud blíže [40].

Modul vstoupí do atmosféry ve výšce cca 130 - 140 km nad povrchem. Dále bude přistání kombinací starých dobrých metod použitých u Vikingů a zcela nových koncepcí a nebude použito airbagů. Nad samotným roverem bude přichycena nosná plošina (nebo rám jeřábu, jak uvidíme) vybavená raketovými přistávacími motory na hydrazin o tahu 350 N. Celý tento komplex bude ve střední části přistání zpomalen padáky a po jejich odhození zpomalován pomocí motorů. Poté se bude vznášet ve výšce jen několika metrů nad povrchem a samotný rover bude z toho „létajícího jeřábu“ spuštěn po laně přímo na kola a jeřáb poodlétne do bezpečné vzdálenosti. Oproti přistání roverů Spirit a Opportunity má tento způsob několik výhod: rychlost dosednutí roveru bude jen asi 1 m.s^-1, na rozdíl od použití airbagů nebude vozítko poskakovat po povrchu a nehrozí problémy s rozvinutím kolejniček pro sjezd z plošiny mateřského tělesa jako tomu bylo u landeru/roveru Pathfinder/Sojourner a dopadová elipsa bude oproti MERům mnohem menší (u MERů elipsa 150 x 20 km, u MSL to bude elipsa o velké poloose asi 10 km).

Rover MSL bude větší i těžší než Spirit a Opportunity, oproti jejich 180 kg bude mít skoro 800 kg, což je dáno mnohem větší a komplexnější vědeckou výbavou. Ještě než se na ni podíváme blíže, popíšeme si některé zajímavé konstrukční aspekty. O hmotnosti jsem se již zmínil, dále bude MSL cca 5 x větší než MERy, jeho délka dosáhne 2,8 m a v mnoha ohledech zdědí od svých předchůdců některá technická řešení, např. podvozek, šest kol (porovnání velikosti viz. obrázek 11) a kamery umístěné na stožáru. Narozdíl od nich bude konstruován k odběru vzorků půdy a skal, jejich drcení a distribuci mezi jednotlivá analytická zařízení. Na povrchu by měl pracovat dva pozemské roky a ujet 10 x větší vzdálenost. Poněkud kontroverzní (alespoň z pohledu jistých skupin lidí) bude jeho zdroj energie, kterým nemají být solární články, ale radioizotopový termoelektrický generátor (radioisotope thermoelectric generator - RTG). A teď již konečně vědecké vybavení, jeho popis a hlavní vědecké cíle:

- MastCam (Mast Camera) - bude pořizovat barevné, trojrozměrné stereoskopické snímky a barevná videa marťanského povrchu, což znamená, že bude podobně jako u MERů tvořena dvěma identickými kamerami umístěnými na stožáru. Video bude moci být snímáno s frekvencí 10 fps, snímky bude moci pořizovat jako běžné komerční fotoaparáty nebo monochromaticky přes speciální filtry, bude moci zpracovávat snímky nezávisle na CPU a má interní buffer pro ukládání tisíců fotografií nebo mnoha hodin videa s vysokým rozlišením

- MAHLI (Mars Hand Lens Imager) - bude pozemským vědcům poskytovat detailní záběry minerálů, textur a struktury skal a povrchů skalních úlomků a prachu. Je to v podstatě lupa, která umí zobrazovat detaily o velikosti 12,5 μm. Součástí by také mohl být zdroj světla (obdoba blesku) a ultrafialového záření k vybuzení fluorescence (zjištění např. uhličitanů, což může pomoci určit, jak se voda podílí na utváření krajiny)

- MARDI (Mars Descent Imager) - obdoba stejného zařízení jako na Phoenixu - bude pořizovat videosekvence během přistávání s vysokým rozlišením a frekvencí 5 fps. Data bude ukládat do paměti a odvysílá je po přistání

- APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer) - spektrometr, který bude přikládán k povrchu skal a půdy a pomocí rentgenového záření a částic alfa generovaných radioaktivním rozpadem isotopu curia umožní identifikovat prvky těžší než sodík. Bude spolupracovat se zařízeními CheMin a RAT (viz dále) na charakterizaci a výběru vzorků, vyšetřování vnitřků kamenů. Ze složení kamenů a půdy budou moci vědci určit jejich původ, a to zda byly později změněny účinky vody, větru nebo ledu

- ChemCam (Laser-Induced Remote Sensing for Chemistry and Micro-Imaging) - pomocí laseru bude moci na dálku odpařit vzorek půdy nebo skály z plochy 1 mm2 a určit složení par, pomocí palubního spektrometru bude také možné zjistit složení a získat informace o mikrostruktuře objektu měřením spektra vzniklého plazmatu. Dále bude toto zařízení schopné odstranit prach z povrchu skály a pořídit jeho detailní snímky. Ze vzdálenosti 1 - 9 metrů bude moci ChemCam určit druh studované skály (např. zda je vulkanického původu nebo jde o sediment), složení půdy a kamenů, množství všech chemických prvků, rozeznat led a minerály s vodou vázanou v krystalové mřížce, měřit hloubku a složení zvětralé slupky skal a poskytnout vizuální podporu při vrtání do skal a kamenů

- CheMin (Chemistry & Mineralogy X-Ray Diffraction/X-Ray Fluorescence Instrument) - rentgenový difraktometr a fluorescenční detektor bude sloužit k určení krystalické struktury prvkového složení, což umožní identifikaci různých minerálů, vědci budou dále schopni pomocí tohoto zařízení studovat roli vody při jejich formování a dále pátrat po stopách ukazujících na to, zda mohlo dřívější prostředí na Marsu udržovat život

- SAM (Sample Analysis at Mars Instrument Suite) - je vybaven plynovým chromatografem, hmotnostním spektrometrem a laserovým spektrometrem. Jeho hlavním účelem je hledat sloučeniny uhlíku, např. metan, který je považován za možnou indicii života, ale je schopen identifikovat sloučeniny dalších lehkých prvků jako vodík (metan, voda), kyslík (oxid uhličitý) nebo dusík (oxidy dusíku). Jelikož tyto látky jsou považovány za nutné k životu, informace o jejich relativních množstvích by mohla být důležitou součástí našich znalostí pro odhad toho, zda by na Marsu mohl být v minulosti nebo současnosti život

- RAD (Radiation Assessment Detector) - bude měřit a identifikovat veškerou vysokoenergetickou radiaci na povrchu Marsu jako jsou protony, ionty různých prvků, neutrony a záření gama. Jde první zařízení poslané na Mars, které je cíleně navržené pro přípravu budoucích misí s lidskou posádkou. Jeho cílem je totiž zjistit radiační dávky, kterým mohou být lidé vystaveni na povrchu. Dále má zjišťovat jakým způsobem radiace ovlivnila chemické a izotopické složení půdy a skal

- DAN (Dynamic of Albedo Neutrons) - jednou z možností jak hledat na Marsu vodu, je podívat se po neutronech unikajících z povrchu. Kosmické záření neustále bombarduje povrch, z půdy a skal vyráží neutrony. Pokud je přítomna kapalná nebo zmrzlá voda, atomy vodíku tyto neutrony zpomalují. Některé z těchto neutronů unikají do prostoru s nižší energií a menší rychlostí. DAN je pulzní generátor neutronů, je schopen je zaostřit a poslat do hloubky 1- 2 metry. Pokud se tam nachází voda, DAN zjistí větší množství odražených pomalých neutronů, pokud voda není přítomna zjistí naopak větší množství odražených rychlých neutronů

- REMS (Rover Environmental Monitoring Station) - meteorologická stanice umístěná na stožáru bude zaznamenávat denní chod tlaku, vlhkosti, množství ultrafialového záření ze Slunce, rychlosti a směru větru, teploty povrchu a vzduchu

Celkově má tedy MSL zhuba tyto úkoly: zjistit, zda někdy mohl na Marsu vzniknout život, charakterizovat marťanské klima a geologické podmínky a připravit podklady pro budoucí pilotovaný výzkum. Opět zde čtenáře, který se zajímá o detaily, odkazuji na stránky projektu [40, 40a].

Posledními marťanskými výzkumníky, o kterých zde bude řeč, jsou evropské projekty ExoMars a Mars Sample Return, součásti programu Aurora.

ExoMars bude první misí programu Aurora a jeho cílem bude charakterizovat biologické prostředí Marsu jako přípravu pro další robotické i pilotované mise. Sonda by měla sestávat z orbiteru, přistávacího modulu a roveru. Po přistání roveru přejde orbitální modul na vhodnou oběžnou dráhu a bude sloužit jako přenosový satelit, v případě potřeby a dobrého stavu by mohla být jeho mise prodloužena a zajišťoval by spojení i případným dalším misím na povrchu. Rover by měl jako zdroj energie používat solární panely, měl by být schopen ujet několik kilometrů a jeho asi 40 kg vážící vědecké vybavení má sloužit především biologickým experimentům.

Mars Sample Return by měl sestávat z pěti částí: přeletový stupeň Země - Mars, orbiter, přistávací modul, modul pro návrat z povrchu Marsu a návratový modul pro přistání na Zemi. Po navedení orbiteru na nízkou oběžnou dráhu Marsu by se od něj oddělil přistávací modul. Po odebrání vzorků půdy a jejich přemístění do návratového modulu by tento odstartoval a na oběžné dráze se spojil s modulem pro návrat na Zemi. Zde by byly vzorky v klidu a s patřičným, v podstatě neomezeným, vybavením prozkoumány.

Obě mise jsou však plánovány až po roce 2014 a nacházejí se ve fázi příprav [41].

Úplně poslední kosmickou misí, o které bude v tomto článku řeč, je americká sonda Dawn, která bude zkoumat asteroid Vesta a trpasličí planetu Ceres. Tato sonda měla velmi pohnutou historii: NASA ji oficiálně vybral k realizaci v prosinci roku 2001, nicméně projekt byl za pouhé dva roky zrušen, ale v roce 2004 byla mise „resuscitována“ a práce na vývoji byly obnoveny. V říjnu roku 2005 byl projekt pozastaven a v březnu 2006 podruhé zrušen. Po protestech vědců a zainteresovaných mezinárodních partnerů NASA rozhodnutí přezkoumal a projekt znovu obnovil. Pokud tedy nedojde ke komplikacím při testování již hotových zařízení, nosná raketa se sondou odstartuje někdy v červnu nebo červenci tohoto roku. Drobnou zajímavostí je, že jedním z důvodů neustálého rušení a pozastavování projektu bylo překročení rozpočtu z původních 373 milionů dolarů na zatím konečných 446 milionů dolarů.

Start by měla obstarat nosná raketa Delta 2 (7925H) z kosmodromu Cape Canaveral - po pěti letech cesty proletí v březnu 2009 kolem Marsu a dorazí k Vestě v září 2011 a usadí se na její orbitě na 7 měsíců. Zpočátku bude obíhat 700 km nad povrchem, později klesne 120 km a je možné, že bude poslána ještě níže, do výšky cca 15 - 75 km. Oběžnou dráhu Vesty opustí v dubnu 2012 a přílet k Ceresu je naplánován na únor 2015. Zde stráví 5 měsíců na vysoké (890 km) a nízké (140 km) orbitě. I zde je možnost, že bude seslána na ještě nižší dráhu ve výšce asi 50 - 75 km. Mise bude formálně ukončena lednu 2016, Dawn však zůstane na oběžné dráze Ceresu. Nyní si popišme konstrukci a vybavení sondy.

Dawn je hliníková „krabice“ se dvěma panely solárních článků namontovanými na opačných stranách. Parabolická 1,5 m vysokozisková anténa je umístěna na další stěně sondy, ve stejné rovině jako solární panely (viz obrázek) a na stejné straně je také instalována anténa se středním ziskem. Na horní stěně se nachází 5m dlouhé rameno s magnetometrem, držák s kamerami, mapovací spektrometr, laserový výškoměr, gama/RTG spektrometr a zařízení pro orientaci v prostoru. Solární panely jsou schopny dodávat 10 kW pro systémy sondy a na pohon iontového xenonového motoru, který je založen na motoru sondy Deep Space 1 [42]. Přístrojové vybavení se skládá z:

- FC (Framing Camera) - na Dawn budou dvě tyto identické kamery, jejich cílem bude pořizovat snímky pro určování velikosti a tvaru těles, povrchové morfologie a vzhledu regolitu

- MS (Mapping Spectrometer) - je modifikací spektrometru VIRTIS, který je na palubě sondy Rosetta, primárně je určený ke zjištění chemického složení, dále pak k charakterizaci fyzické struktury a původu povrchových částic, identifikaci minerálů obsahujích vodu, povrchového ledu a námrazy

- GR/NS (Gamma Ray/Neutron Spectrometer) - je určen k mapování rozložení hlavních (majoritních) prvků - O, Si, Fe, Ti, Mg, Al, Ca a stopových prvků - U, Th, K, H, Gd, Sm, dále bude schopen detekovat vodík (jeho výskyt by mohl indikovat přítomnost vody)

- Mag (Magnetometer) - je určen pro měření slabého magnetického pole asteroidů (resp. asteroidu a trpasličí planety :-)) a jeho vlivu na sluneční vítr. Hlavními vědeckými cíli je zjistit, zda mají asteroidy vlastní zbytkové magnetické pole

- RS (Radio Science) - ve spolupráci s optickým snímacím zařízením bude využito komunikačního systému k přesnému sledování trasy sondy a tím k mapování gravitačního pole, čímž lze zjistit např. hmotnost [43, 44]

K této sondě se ještě v dohledné době vrátíme v samostatném článku