New Horizons
Alternativní názvy |
Označení COSPAR |
Stát |
Start |
Cíl |
Sonda New Horizons má za úkol prozkoumat na průletové dráze soustavu
Pluto-Charon. Let pak bude pokračovat dál
za oběžnou dráhu Pluta do oblasti tzv. Kuiperova pásu, přičemž není
vyloučeno setkání s některým objektem tohoto systému. Sonda odstartovala
2006-01-19.
Kosmonautika dvacátého století umožnila lidstvu blízký pohled na všechny
planety sluneční soustavy. Jedinou výjimkou zůstala planeta Pluto. Tento
objekt, o němž mnozí tvrdí, že se na seznam planet dostal omylem, čekal
na pozemského průzkumníka až na začátek nového tisíciletí.
Pluto se svým měsícem Charonem byl po dlouhou dobu jediným známým tělesem
za drahou Neptuna. Svými fyzikálními vlastnostmi a oběžnou dráhou se zcela
liší od skupiny planetárních plynových obrů, kroužících kolem Slunce
v menší vzdálenosti. Odpovídá našim představám o zástupcích tzv. Kuiperova
pásu, což je disk ledových těles za drahou Neptuna. Sonda New Horizons
po průletu kolem Pluta by měla zavítat i do těchto vzdálených končin a
není vyloučeno i setkání s nějakým představitelem tohoto zajímavého
prostoru na hranicích solárního systému.
New Horizons {=Nové obzory} je první misí programu
New Frontiers {=Nové hranice}.
Konstrukce
Kosmickou sondu navrhla a postavila Johns Hopkins University Applied
Physics Laboratory (JHU-APL), Laurel, Md.,
USA. Na vybavení spolupracovaly další společnosti a instituce z různých
zemí. Vědecké vybavení bylo vyvinuto pod vedením Southwest Research Institute
(SwRI). Na jednotlivých vědeckých přístrojích se podílely dále
JHU-APL, NASA Goddard Space Flight Center,
University of Colorado, Stanford University a Ball Aerospace Corporation.
Hmotnost kompletní sondy včetně náplně pracovních médií obnáší 478 kg.
77 kg tvoří palivo a 30 kg připadá na vědecké vybavení. Sonda
je navržena tak, aby byla schopna plnit úkoly s omezenými zdroji
elektrické energie. Spotřeba každého ze sedmi vědeckých přístrojů není
větší než 10 W. Data z jednotlivých přístrojů jsou ukládána
do dvou palubních záznamníků SSM [=Solid State Memory], z nichž jsou
později přenášena na Zemi.
V normálním režimu probíhá komunikace se Zemí prostřednictvím
vysokoziskové antény o průměru 2.1 m. Kromě toho jsou k dispozici
menší antény sloužící jako záloha a jako hlavní zařízení v úvodní fázi
letu v nevelké vzdálenosti od Země. Jistá část letu bude probíhat ve
stavu částečné hibernace. I v těchto fázích bude palubní počítač
monitorovat stav systémů a předávat telemetrii ve formě kódovaného
nízkoenergetického signálu, tzv. majáku (beacon).
Sonda je určena k práci v oblastech s velice nízkou teplotou.
Z tohoto předpokladu vychází jednak způsob důkladné tepelné izolace,
která dovoluje provoz přístrojů i bez vysoce výkonných topných článků,
jednak mechanická konstrukce, která se obešla bez choulostivých výklopných
mechanismů či orientovaných plošin. Jedinými pohyblivými články jsou ochranné
kryty na pěti vědeckých přístrojích.
Sonda je po většinu času stabilizována rotací, pouze během setkání
s cílovými objekty přechází na tříosou stabilizaci. Na palubě nejsou
instalovány silové setrvačníky; orientace, řízení polohy a dráhové úpravy
se dějí pomocí malých raketových motorků. Navigační systém pracuje na
základě údajů palubních gyroskopů, sledovačů hvězd a slunečního čidla.
Na palubě sondy se nachází kompaktní disk obsahující jména 435 tis.
lidí, kteří se včas přihlásili prostřednictvím internetu.
Základní konstrukce tělesa sondy má tvar nízkého hranolu
s trojúhelníkovitou podstavou. Výška základního tělesa činí 0.7 m,
nejširší strana podstavy má délku 2.7 m. Celková výška sondy
s anténou a přístroji obnáší 2.2 m. Z jednoho vrcholu
trojúhelníka vystupuje válcový termoelektrický generátor. Základem je
centrální hliníkový válec podpírající připojené voštinové panely, na něž
je umístěno veškeré vybavení. Uvnitř tělesa je instalován tank
s pohonnými látkami.
Povelový systém a systém zpracování dat je založen na 12 MHz
procesoru Mongoose V se zvýšenou odolností proti radiaci. Procesor
vydává provozní příkazy pro jednotlivé subsystémy, shromažďuje a zpracovává
data z přístrojů a připravuje informace vysílané k Zemi. Je
vybaven pokročilými autonomními algoritmy, pomocí nichž si sonda kontroluje
stav jednotlivých systémů a pokud je potřeba, napravuje chyby, zapíná
záložní systémy nebo žádá pozemní středisko o operativní rozhodnutí o
dalším postupu. Data jsou ukládána ve dvou (1 hlavní a 1 záložní) SSM
záznamnících o kapacitě po 8 GB. Hlavní procesor shromažďuje, komprimuje,
formátuje a ukládá do SSM vědecká data a informace o stavu systémů.
Procesor povelového systému a systému zpracování dat, datový záznamník,
proudové konvertory, naváděcí a řídící procesor, elektronika pro rádiové
experimenty a sledovací elektronika a interface mezi procesorem a vědeckými
přístroji jsou uloženy ve společném modulu IEM [=Integrated Electronic Module].
Sonda je vybavena jedním IEM jako zálohou.
Termoregulace využívá principu termosky k efektivnímu udržení
tepelných podmínek na palubě. Sonda je pokryta lehkými vícevrstvými izolačními
fóliemi zlaté barvy, které zabraňují uniku tepla produkovaného palubní
elektronikou. Předpokládá se, že teplota uvnitř tělesa se bude pohybovat
po celou dobu letu v rozmezí 10 až 30°C. Termoregulační systém
sleduje úroveň elektrického příkonu provozovaných přístrojů a pokud je
v činnosti jen malý počet spotřebičů, čemuž odpovídá výkonová úroveň
asi 150 W, zapíná malá topná tělíska rozmístěná po celém prostoru
tělesa sondy. V úvodních fázích letu, kdy je sonda dostatečně zahřívána
Sluncem, je potřeba naopak jisté množství tepla odvádět. Pro tyto případy
termoregulační systém disponuje žaluziemi.
Termoizolační fólie jsou složené z 18 vrstev Dacronu, uzavřených do
vrstvy Mylaru a Kaptonu pokovených hliníkem. Slouží zároveň jako ochrana
proti nárazům mikrometeoritů.
Pohonný systém slouží pouze pro dráhové korekce a k řízení
polohy sondy. Motorický impuls potřebný k dosažení Pluta je zcela
zajištěn funkcí nosné rakety.
Sonda New Horizons je vybaven 16 malými raketovými hydrazinovými
motorky namontovaných kolem celého tělesa sondy po dvojicích na osmi místech.
Čtyři motorky o tahu 4.4 N jsou určeny především pro dráhové korekce.
12 motorků o tahu 0.8 N slouží ke změnám orientace sondy a
k ovládání rotace. Osm motorků z celkového počtu je vybráno
jako hlavní sestava, druhých osm je záložních.
K pohonnému systému patří dále nádrž na kapalné pohonné látky a
potrubní rozvody. Na začátku letu má sonda k dispozici 77 kg
hydrazinu uložených v lehké titanové nádrži. Tlak v rozvodech
se udržuje stlačeným héliem. Potřeba pohonných látek je minimální vzhledem
k tomu, že je pro urychlení počítáno s gravitační asistencí
Jupitera a dále proto, že kolem cíle sonda jenom proletí a tudíž nemusí
provádět brzdící manévr.
Navigace a řízení polohy. New Horizons je nutno orientovat v prostoru
do různých směrů podle potřeb zaměření vědeckých přístrojů a spojovací antény
a během motorických manévrů. Poloha sondy se zjišťuje kamerami sledovačů
hvězd, inerciálními měřícími jednotkami IMU [=Inertial Measurement Unit],
obsahujícími soustavu gyroskopů a akcelerometrů, a digitálními slunečními
senzory. Poloha, ať v módu stabilizace rotací či tříosé stabilizace,
se udržuje výše popsanou sestavou reaktivních motorků.
IMU a sledovače hvězd poskytují nepřetržité informace o poloze do procesoru
řízení polohy. Stejně jako u hlavního počítače se v tomto systému
používá procesor 12 MHz Mongoose V. Systém je navíc zdvojený.
Kamery sledovačů hvězd mají v paměti mapu 3000 hvězd. Každé
0.1 s pořizuje jedna kamera širokoúhlý snímek hvězdného pole. Poloha
hvězd na snímku je srovnána s mapou hvězd v paměti a z odchylek
se počítá okamžitá orientace. IMU poskytují informace o zrychlení a otáčení
sondy každé 0.01 s. V případě odchylky od stanovených hodnot,
je poloha sondy opravena zážehem orientačních motorků. Sluneční čidlo
je pouze nouzové záložní zařízení, které by dokázalo zaměřit sondu na
Slunce - a Zemi, která se nachází z hlediska sondy prakticky
ve stejném směru - v případě závady ostatních prvků systému.
V módu udržování stabilizace rotací se sonda otáčí rychlostí
5 ot./min. V tomto módu zůstává prakticky po celou dobu letu,
během korekčních manévrů, rádiových spojení se Zemí i v období hibernace.
Pouze v případě provádění cílených vědeckých měření a při zkouškách
přístrojů přechází sonda k tříosé stabilizaci.
Spojovací systém pracuje v pásmu X a kromě přenosu dat
v obou směrech slouží k přesnému radiometrickému sledování
spojovými stanicemi DSN [=Deep Space Network]. Systém je tvořen dvěma
nízkoziskovými anténami LGA [=Low Gain Antenna] na opačných stranách
sondy, používanými v blízkosti Země, jednou parabolickou anténou
o průměru 0.3 m se středním ziskem a hlavní parabolickou vysokoziskovou
anténou o průměru 2.1 m. Antény jsou pevně spojeny s tělesem sondy,
proto v okamžicích komunikace musí být v příslušném směru zaměřena
celá sonda. Šířka svazku vysokoziskové antény je přitom pouze 0.3°.
Anténa se středním ziskem (šířka svazku 14°) slouží jako záloha pro
případ, kdy nebude možno kosmický aparát přesně zaměřit. Všechny antény
jsou schopny pracovat buď s pravotočivou či levotočivou kruhovou
polarizací.
Rychlost přenosu dat závisí na vzdálenosti od Země, výkonu vysílače a
pozemním technickém vybavení. V případě vysílání ze vzdálenosti Pluta
přes vysokoziskovou anténou sondy New Horizons do sítě 70 m antén
DSN činí rychlost přenosu asi 700 bit/s. Doba letu rádiového signálu
z této vzdálenosti obnáší asi 4 h a odvysílání veškerých dat
získaných během průletu zabere za těchto podmínek 9 měsíců. Sonda
je vybavena moderní konstrukcí rádiového přijímače, která se vyznačuje
pouze 66% spotřebou ve srovnání se stávajícími přístroji. Do komunikačního
systému je integrován experiment REX [=Radio Science Experiment], určený
k sondáži atmosféry Pluta.
Celý telekomunikační systém, vyjma konstrukce antény, je redundantní.
Systém zásobování elektrickou energií je postaven na jednom
radioizotopovém termoelektrickém generátoru RTG
[=Radioisotope Thermoelectric Generator]. Elektrická energie je vyráběna
přirozeným radioaktivním rozpadem oxidu plutonia (PuO2).
Generátor poskytl U.S. Department of Energy a obsahuje 11 kg palivové
náplně. Spotřeba proudu v systémech sondy je sledována palubním
počítačem tak, aby momentální spotřeba nepřesáhla výkon RTG. Výkon generátoru
se snižuje přibližně o 3.5 W/rok.
Na rozdíl od předchozích misí do vzdálených oblastí Sluneční soustavy nemá
New Horizons akumulátory. Na začátku letu produkuje RTG přibližně
240 W (30 V stejnosměrných), v červenci 2015 (nejbližší
termín příletu k Plutu) poklesne výkon na 200 W. Omezený výkon
generátoru se obchází cyklickým přepínáním pracujících přístrojů).
Energetický systém je plně zálohovaný.
Vědecké vybavení
Vědecké vybavení sondy New Horizons sestává ze sedmi experimentů -
tří optických přístrojů, dvou plazmových experimentů, detektoru kosmického
prachu a rádiového vybavení k sondáži atmosféry. Vědecká náplň je
zaměřena na topografické studium, průzkum globální geologické stavby,
složení povrchu a povrchové teploty, teploty a tlaku atmosféry a rychlosti
úniku atmosférických částic do kosmického prostoru planety Pluto a jeho
měsíců. Sonda má rovněž studovat planetární systém Jupitera, pokud bude
sonda vypuštěna na dráhu procházející kolem planety. V případě
prodloužení primární mise budou přístroje využity k průzkumu dalších
objektů Kuiperova pásu.
Užitečné vědecké zatížení je značně miniaturizované a energeticky nenáročné.
Přístroje vyžadují méně než 28 W. Vybavení je navrženo z hlediska
odolnosti proti nízkým teplotám panujícím u Pluta a za ním.
Na palubě sondy se nacházejí následující vědecké experimenty:
- Vysokorozlišující kamera LORRI [=Long Range Reconnaissance Imager]
slouží k pořízení detailních snímků povrchu a ke studiu geologických
vlastností Pluta, Charonu a případných dalších těles;
- Kamerový systém Ralph je určen k dokumentaci topografických
prvků a spektrálních charakteristik povrchů a atmosfér navštívených
objektů ve středním rozlišení a sestává z:
- multispektrální zobrazovací kamery ve viditelném pásmu MVIC
[=Multispectral Visible Imaging Camera], která je tvořena:
- třemi panchromatickými (černobílými) detektory;
- čtyřmi barevnými detektory;
- infračerveného mapujícího spektrometru LEISA [=Linear Etalon
Imaging Spectral Array];
- Ultrafialový zobrazovací spektrometr ALICE;
- Detektor slunečního větru SWAP [=Solar Wind at Pluto] pro měření
interakcí slunečního větru s atmosférou Pluta a ztráty atmosférických
částic únikem do kosmického prostoru;
- Spektrometr energetických částic PEPSSI [=Pluto Energetic Particle
Spectrometer Science Investigation] je určen ke studiu hustoty, složení
a původu energetických částic a plazmatu atmosféry Pluta;
- Detektor prachových částic SDC [=Student Dust Counter] sloužící
k měření koncentrace prachových částic ve vnějších oblastech solárního
systému;
- Rádiová aparatura REX [=Radio Science Experiment] tvoří doplňkové
zařízení ke komunikačnímu systému a je určena k zákrytovým experimentům.
Přípravy ke startu a průběh letu
Začátek cesty
Startovní okno pro let k Plutu se
v roce 2006 otevřelo již 2006-01-11 a
trvalo až do 2006-02-14. Každého dne se naskýtala
přibližně dvouhodinová příležitost ke vzletu. Pokud by byla mise zahájena
do 2006-02-02, bylo možno podniknout let kolem
Jupitera a využít jeho gravitační asistence k dalšímu urychlení a
tím i zkrácení doby letu. Poslední dva týdny startovního okna umožňovaly
pouze let po přímé trajektorii. Závislost data příletu k planetě na
okamžiku startu ilustruje následující tabulka:
Datum startu |
Datum příletu |
2006-01-11 až 2006-01-27 |
2015-07-14 |
2006-01-28 |
2015-08-15 |
2006-01-29 až 2006-01-31 |
2016-07-12 |
2006-02-01 až 2006-02-02 |
2017-07-11 |
2006-02-03 až 2006-02-08 |
2018-07-10 |
2006-02-09 až 2006-02-12 |
2019-06-07 |
2006-02-13 až 2006-02-14 |
2020-07-20 |
Kromě uvedeným možností existovala i eventualita odložit start až na
začátek roku 2007.
Jako nosič byla zvolena raketa Atlas V, model 551, s pěti
urychlovacími stupni na tuhé pohonné látky (TPL) rozmístěnými kolem
centrálního tělesa. Ve druhém stupni byl použit vyzkoušený motor Centaur.
Konečnou rychlost měl dodat sondě sériový urychlovací motor Star 48B
na TPL.
Požadavek na dodatečné zkoušky nádrží nosné rakety, se kterými přišli
inženýři koncem roku 2005 zapříčinily, že se nestihnul začátek startovního
okna připadající na 2006-01-11. Jako reálný
termín startu bylo jmenováno datum 2006-01-17.
Do startovní polohy byla kompletní sestava rakety převezena na mobilním
vypouštěcím zařízení MLP [=Mobile Launch Platform] 2006-01-16, den před
plánovaným vzletem.
2006-01-17 bylo po technické stránce vše připraveno, počasí na
Floridě panovalo na stávající roční dobu skvělé. Jediné problémy týmu na
kosmodromu činil nespolehlivý vítr, jehož rychlost často překračovala
povolené hodnoty. Stále ale ještě byla šance, že se v průběhu přibližně
dvou hodin, kdy se mohl vzlet uskutečnit, vítr umoudří.
Vzlet byl v prvním kroku načasován na začátek denního
startovního okna a k tomuto okamžiku
také směřovalo odpočítávání. Countdown probíhal podle očekávání až do
T-4:00 min, kdy byl plánovaně na 10 min
přerušen. V tomto okamžiku začalo čekání na to, jestli se vítr utiší.
Čas startu byl několikrát přesunut vždy řádově o několik desítek minut,
situace se však neměnila. Krátkodobé potíže měla i sledovací stanice na
ostrově Antigua v Karibském moři, bez jejíž asistence není start možný.
Ani síť DSN nefungovala zcela bezchybně. Zatímco technické závady se podařilo
rychle zvládnout, počasí na čekající raketu nebralo žádný ohled. Poslední
ohlášený termín se kryl s koncem startovního okna. Diváci sledující
situaci na rampě, v televizi či na internetu již doufali, že se tentokrát
vše zdaří, protože ze střediska uslyšeli známou sekvenci dotazů směřovaných
na techniky, kteří měli na starosti jednotlivé systémy a jejich stručné
odpovědi "Go!" a nakonec zaznělo "Go!" i z úst letového ředitele. Odpočet
se poprvé posunul pod hranici T-4:00 min.
Hodiny ale bohužel běžely jen velice krátkou dobu. Znovu dal totiž o sobě
vědět zrádný vítr, jehož rychlost přesáhla hodnotu 33 uzlů a
v okamžiku T-2:34 min následoval nemilosrdný
verdikt. Startovní sekvence byla přerušena a vzhledem k tomu, že už
tohoto dne minula poslední příležitost zažehnout motory rakety Atlas, byl
vzlet odložen na příští den.
Ani 2006-01-18 se však pracovníkům kosmodromu
na Mysu Canaveral nepodařilo zahájit cestu na hranice Sluneční soustavy.
Příčina byla tentokrát velice prozaická a na špičkové zařízení v USA
až legrační. Laboratoř Johns Hopkins University - Applied Physics
Laboratory, která řídí let sondy, zažila v ranních hodinách výpadek
proudu a do okamžiku startu, krátce po poledni, se dodávka elektrické
energie nepodařila obnovit. Znamenalo to jediné - minimálně další
den čekání. Možnosti vzletu se naštěstí opakovaly každodenně a stále
zbývalo dost času, aby sonda New Horizons stačila včas odletět.
2006-01-19 měl tým na floridském kosmodromu
na Mysu Canaveral za sebou dva nezdařené pokusy o dopravení sondy
k Plutu do vesmíru a chystal se pokus třetí. Předpověď počasí byla
pro tento den poměrně příznivá a rovněž technika nevykazovala žádné potíže.
V 15:58 UT se v čase T-120 min
opět rozběhlo odpočítávání. Ve zbývajících minutách bylo počítáno i
s plánovaným přerušením v délce 10 min v okamžiku
T-4:00 min, určené pro vyřešení eventuálních
nečekaných problémů. Začalo podchlazování mobilní startovací plošiny MLP
[=Mobile Launch Platform]. Tato operace se provádí, aby se snížil tepelný
šok v okamžiku, kdy do rakety začnou proudit kryogenní pohonné látky.
Ačkoliv se dnešní startovní okno otvíralo
v rozmezí od 18:08 do 20:07 UT, přesto existovaly dva okamžiky,
kdy byl vzlet zakázán. Při startu v 18:20 UT a 19:55 UT
by totiž trajektorie rakety procházela příliš blízko jiných umělých
kosmických objektů. Tyto zakázané intervaly jsou v zkratkovém žargonu
NASA nazývány COLA [=Collision Avoidance].
Po vychlazení propojovacích potrubí začalo v 16:11 UT plnění stupně
Centaur kapalným kyslíkem o teplotě -183°C. Motor RL10 instalovaný
v Centauru pracuje s nejvýkonnější známou kombinací pohonných
látek, což je kapalný vodík (palivo) a kapalný kyslík (okysličovadlo).
V 16:28 UT byl již dostatečně vychlazen také systém kapalného
kyslíku prvního stupně nosné rakety Atlas V a započalo plnění nádrže,
která je největší nádobou na raketovém nosiči. Stupeň Centaur byl již
v této chvíli naplněn okysličovadlem přibližně do poloviny. První
stupeň Atlasu je osazen motorem RD-180, který
vyvinula ruská konstrukční kancelář pod vedením V. P. Gluška.
Kolem 16:32 UT se rozběhla procedura podchlazování potrubí kapalného
vodíku. Mezitím v 16:37 UT se doprava kapalného kyslíku do nádrží
Atlasu přepnula z tzv. módu pomalého plnění do módu rychlého plnění.
V čase T-90 min (16:38 UT) byl
Centaur zaplněn již na 95% kapalným kyslíkem a probíhalo kontinuální
doplňování. O několik minut později ohlásila čidla, že první stupeň už
spolykal přibližně 10% požadovaných zásob kyslíku. Na bronzovém povrchu
stupně se začala objevovat námraza. Centaur dosáhl letového množství
kapalného kyslíku v 16:44 UT.
V 16:55 UT po dokončené přípravě potrubních tras byl vydán
souhlas se zahájením plnění nádrže stupně Centaur kapalným vodíkem o
teplotě -253°C.
V 16:55 UT se podařilo do stupně Atlas dopravit již 50% požadovaného
objemu kapalného kyslíku. Palivo pro motory RD-180,
což je RP-1, nebo-li kerosen, bylo natankováno
již 2006-01-16 a protože se jedná o látku,
která je skladována při normálních podmínkách, nebylo ji nutno po nezdařeném
vzletu 2006-01-17 a
2006-01-18 znovu z nádrží odčerpávat.
Přibližně hodinu před plánovaným startem v 17:01 UT začalo
podchlazování motoru na druhém stupni. V 17:15 UT již hladina
vodíku v Centauru dosáhla 97% a probíhalo doplňování na maximální
úroveň. O pět minut později skončila rychlá fáze plnění prvního stupně
kyslíkem a i zde následovalo postupné doplňování. Nosná raketa tak byla
prakticky připravena ke vzletu.
V T-30 min (17:28 UT) stále pokračovalo
odpočítávání. Počasí na Mysu prozatím vypadalo velice nadějně.
V 17:47 UT byla do řídícího počítače rakety uložena aktuální
data o směru a rychlosti výškového větru.
V 17:50 UT oznámili meteorologové, že mraky vytvářejí hustou
pokrývku ve výšce 1 km. Byla však naděje, že se v průběhu
startovního okna rozptýlí. Na Mysu
Canaveral přitom platí zásada, že oblačnost nemá být nižší než 2000 stop
(1.8 km). V opačném případě nelze stoupající raketu vizuálně
sledovat, což odporuje bezpečnostním předpisům.
V 17:54 UT (T-4:00 min) byl odpočet
podle plánu přerušen. Oblačná přikrývka nad kosmodromem nicméně naznačovala,
že přerušení bude delší než předpokládaných 10 min. Obavy se bohužel
naplnily a ještě před koncem přerušení padlo rozhodnutí start odložit,
nejprve o 5 min na 18:13 UT a o chvíli později na 18:25 UT.
Už od rána se k Mysu valily od Atlantického oceánu nízké mraky.
Oblačnost naštěstí nebyla souvislá, v mracích se objevovaly poměrně
velké plochy modrého nebe. V 18:11 UT byl start opět posunut,
tentokrát na 18:30 UT. V tomto případě ale dodatečných 5 min
mělo posloužit k vyklizení bezpečnostního pásma kolem rampy.
Aniž by se obnovilo odpočítávání, byl start již po několikáté odsunut,
tentokrát na 18:40 UT. Mraky stále bránily sledovat vzlétající raketu
po potřebnou dobu.
V 18:29 UT specialista mající na starosti povětrnostní podmínky
povolil pokračovat v odpočítávání. Oblačnost byla v tuto chvíli
přijatelná. O dvě minuty bylo ale všechno jinak, připluly další mraky a
středisko oznámilo, že je nutno dále vyčkávat. Zároveň bylo zapotřebí
obnovit v řídícím počítači údaje o výškovém větru, protože platnost
starých dat měla vypršet v 18:45 UT.
Meteorologická měření stále nemohla potvrdit okamžik startu. Přesto padl
další údaj - poletíme přesně v 19:00 UT! Obloha se začala
protrhávat a i na televizních záběrech bylo vidět rozsáhlé okno
v mracích, blížící se ke kosmodromu.
V 18:56 UT se v čase T-4:00 min
opět rozeběhl countdown a tentokrát měl souzeno konečně doběhnout až do
konce. V T-3:45 min byla odjištěna
pyrotechnika. V 18:57 UT (T-3:00 min)
byly uzavřeny kyslíkové odvětrávací ventily na prvním stupni a nádrž se
začala tlakovat na letovou úroveň. Začalo rovněž tlakování nádrže
s palivem RP-1.
V T-2:00 min se elektrické systémy rakety
přepojily na vlastní zdroje; doplňování vodíku a kyslíku do stupně Centaur
mělo být během několik vteřin dokončeno.
V T-1:30 min došlo k odjištění
destrukčních systémů pro případ havárie rakety během vzletu.
Po několikadenních peripetiích se okamžik vzletu přiblížil. Odpočítávání
pokračovalo hladce, mraky se umoudřily, bezpečnostní technik mlčel a
v sále vzrůstalo s každou vteřinou napětí. Konečně countdown
dospěl k číslu 00:00.
V 19:00:00 UT (14:00 místního času EST) se na startovním komplexu
číslo 41 zažehly pomocné motory na tuhé pohonné látky SRB a hlavní
motor RD-180 prvního stupně rakety Atlas V
(model 551, výr. číslo AV-010) a historicky
první mise k Plutu a do oblastí nacházejících se za ním začala. Klíčové
okamžiky navádění sondy na meziplanetární dráhu jsou dále uváděny jen heslovitě:
- T+20 s - raketa je vystavena maximálnímu aerodynamickému
odporu a tah hlavního motoru se proto snižuje na 2/3.
- T+45 s - tah motoru RD-180
se opět zvyšuje až na 86%.
- T+1:15 min - tah hlavního motoru se opět snižuje na 75%
jako příprava na dohoření pětice pomocných motorů SRB [=Solid Rocket
Booster].
- T+1:40 min - pomocné motory SRB ukončily činnost a motor
zvyšuje tah na 100%.
- T+1:47 min - nepotřebné pomocné motory jsou odhozeny -
nejprve dva z pěti a po 1.5 s zbývající tři.
- T+1:55 min - všechny motory SRB (výrobce Aerojet) jsou
bezpečně odděleny, raketa pokračuje v letu poháněna motorem
RD-180 pracujícím na 100%, zrychlení se
zvyšuje až na 2.5 G, pak se tah sníží, aby oddělení krytu proběhlo při
požadovaných 2.5 G, k oddělení má dojít za 85 s.
- T+3:50 min - dva díly krytu na špici rakety se bez problémů
rozdělují a zůstávají za stoupajícím nosičem, zároveň je odhozen
dvojdílný adaptér který spojoval stupeň Centaur s aerodynamickým
krytem. 11 s po oddělení pracuje RD-180
opět na 100% až do chvíle než se dosáhne zrychlení 5 G, těsně
před vypnutím motorů bude tah snížen na 4.6 G.
- T+4:38 min (19:04:38 UT) - motor prvního stupně
skončil činnost a první stupeň je odhozen.
- T+4:42 min - zážeh motoru RL10 stupně Centaur.
- T+5:30 min - nosná raketa se nachází ve výšce bezmála
150 km a 950 km od floridského kosmodromu.
- T+7:00 min - stupeń se plánovaně otáčí kvůli rádiovému
spojení.
- T+10:12 min (19:10:12 UT) - MECO 1 [=Main Engine
Cutt-off] znamená, že motor stupně Centaur
je poprvé vypojen. Sestava dosáhla předběžné vyčkávací oběžné dráhy
a setrvá na ní 20 min, kdy bude RL10 opět spuštěn.
- T+11:00 min - Centaur zaujímá orientaci před druhý zážehem.
Na dráze se pomalu otáčí rychlostí 1°/s, aby se vyrovnávaly teploty
po celém povrchu tělesa.
- T+27:30 min - stupeň se opět natáčí, aby se zlepšily
komunikační podmínky.
- T+29:59 min - Centaur opět nastartoval na 9.5 min.
Tento impuls prodlouží trajektorii až do pásma asteroidů.
- T+39:26 min (19:39:26 UT) - MECO 2 -
motor RL10 (výrobce Pratt & Whitney) ukončil činnost.
- T+39:45 min - rotující třetí stupeň Star 48B (výrobce
Thiokol) se oddělil od nepotřebného Centauru.
- T+40:15 min - zážeh třetího stupně.
- T+41:41 min - urychlovací stupeň Star 48B ukončil
hoření nad Indickým oceánem.
- T+44:55 min (19:44:55 UT) - oddělení sondy od
urychlovacího stupně. New Horizons je na cestě k Plutu a do
prostor Kuiperova pásu!
Po odpojení urychlovacího stupně se sonda pohybovala rychlostí přibližně
16 km/s, což je zatím největší rychlost, která byla udělena umělému
tělesu při startu ze Země. Za těchto podmínek měl aparát překročit dráhu
Měsíce již za 9 hodin po startu, za 3 měsíce protnout dráhu
Marsu a za 13 měsíců dosáhnout Jupitera.
Sonda New Horizons tedy zahájila cestu napříč celou Sluneční soustavou.
V prvních chvílích bylo nutno provést oživení systémů. První signály
ze sondy zachytila stanice DSN umístěná poblíž australské Canberry
v 19:50 UT, přibližně pět minut po oddělení od urychlovacího
stupně. Telemetrická data potvrdila, že systémy pracují podle očekávání.
Počáteční výkon reaktoru RTG činil 180 W a během několika dalších
hodin se měl zvýšit na 240 W. Zásluhou přirozeného rozpadu štěpného
materiálu bude reaktor v roce 2015, kdy má New Horizons minout Pluto,
produkovat stále ještě dostatečných 200 W.
Pluto objevil v roce 1930 po vytrvalém pátrání po deváté planetě
americký astronom Clyde Tombaugh. Po úspěšném startu mise New Horizons
potvrdil hlavní vědecký pracovník a manažer mise Alan Stern, že na palubě
sondy se mj. nachází v pouzdru malé množství popela zemřelého
objevitele Pluta.
První dny letu
Nosná raketa navedla sondu New Horizons na velice přesnou dráhu. Třetího
dne letu 2006-01-22 se upravily otáčky tělesa
na 5 ot./min. V době hoření motoru Star 48B rotovala sestava
rychlostí 69 ot./min a po oddělení 19.2 ot./min. Následně byly
inicializovány sledovače hvězd. Do doby než bude ověřena jejich spolehlivá
funkce se orientace v prostoru bude i nadále zjišťovat na základě
údajů ze slunečního čidla a z inerciální jednotky IMU [=Inertial
Measurement Unit]. Oba tyto přístroje pracují zatím velice dobře.
Čtvrtého dne letu 2006-01-23 měla stanice
za sebou již 0.1% celkové dráhy k Plutu. Řídící tým provedl základní
prověrky subsystémů, zaměřil skutečnou trajektorii a propočítal následující
korekční manévry, které mají nasměrovat letící těleso přesně do bodu
vzdáleného 2.5 mil. km od Jupitera, kterým má proletět
2007-02-28 v 05:41 UT. Vzhledem
k preciznímu navedení na meziplanetární dráhu bude nutno uskutečnit
opravy změnou rychlosti o pouhých 18 m/s. Předletové kalkulace přitom
počítaly s korekcemi 5x až 10x většími. To předznamenává velké úspory
pohonných hmot, které mohou být využity v dalších etapách letu.
Zmíněná oprava dráhy bude provedena ve dvou fázích. První manévr se
uskuteční 2006-01-28 a rychlost bude změněna
o Δv=5 m/s, druhá korekce proběhne o dva dny později a očekává
se Δv=13.3 m/s. Celý manévr je rozdělen do dvou částí zcela
záměrně. Cílem je při prvním zážehu otestovat a zkalibrovat pohonný systém.
Obě dráhové korekce, označené TCM-1a a
TCM-1b [=Trajectory Correction Meneuver]
sníží rychlost sondy o uvedených 18 m/s. Znamená to, že urychlovací
stupeň Star 48B sondu předběhne a k Jupiteru dorazí o něco
dříve. Jelikož ale nemá možnost měnit trajektorii, neproletí optimálním
koridorem kolem planety. Získaný náskok na prvním úseku dráhy proto po
gravitačním manévru sondy u obří planety rychle ztratí a oběžnou dráhu
Pluta nedosáhne dříve než 2015-10-15.
V tuto chvíli bude mít New Horizons návštěvu Pluta 3 měsíce za
sebou a planeta se bude nacházet od mrtvého raketového stupně
200 mil. km daleko, což odpovídá vzdálenosti mezi Sluncem a Marsem.
Oprava letové trajektorie krátce po startu
Avizované dráhové korekce se uskutečnily bez problémů v předem
stanovených termínech. První zážeh dvou hydrazinových motorků ve spodní
části sondy v délce trvání asi 5 min měl za úkol ověřit funkčnost
pohonného systému a umožnit řídícímu týmu kalibraci motorků před
definitivním dokončením manévru. Došlo k němu
2006-01-28. Druhá motorická oprava dráhy
trvala kolem 12 min a dokončena byla
2006-01-30 v 19:12 UT. Sonda New Horizons
se v tomto okamžiku nacházela asi 11.9 mil. km od Země.
Oba manévry snížily rychlost sondy přibližně o 18 m/s a podle vyjádření
řídícího střediska JHU-APL proběhly zcela
v souladu s plánem.
V krátké době - 2006-02-15 -
se měla uskutečnit ještě jedna dráhová korekce, po níž by byla sonda
zacílena přesně do bodu průletu kolem Jupitera, kam se dostane
2007-02-28.
Obě korekce TCM-1a a TCM-1b
byly prováděny se sondou stabilizovanou rotací. V tomto stavu byla
New Horizons natočena do požadovaného směru a raketové motorky byly zažehnuty
na předem stanovenou dobu. Technici této metodě říkají "open loop". Další
korekce už by měla být uskutečněna systémem "closed loop", kdy je sonda
stabilizována ve třech osách a průběh manévru hlídají palubní gyroskopy.
Podle jejich údajů jsou motory vypnuty v okamžiku, kdy změna rychlosti
(Δv) dosáhne požadované hodnoty. Druhým způsobem se dá docílit mnohem
přesnějších změn trajektorie.
Pozorování dráhy letu v prvních fázích letu přineslo další významné
poznatky. Například se zjistilo, že z vnitřku sondy stále unikají
zbytky plynů, které se dovnitř dostaly během montáže, zkoušek a předstartovních
příprav. Mikroskopické výtrysky plynů působí na pohybující se těleso jako
malé impulsy raketových motorků a projevují se na změnách dráhy a orientace.
Ačkoliv jsou tyto výtrysky (tzv. outgasing) intenzivnější než se očekávalo,
nepředstavují žádný problém a systémy sondy si s nimi dokáží poradit.
Úvodní zkoušky systémů a přístrojů a další dráhová korekce
Začátkem února jsme se rovněž dozvěděli, jak to vypadá s třetím urychlovacím
stupněm. Stupeň Star 48B se vydal na cestu po velice podobné dráze
jako New Horizons. Dne 2006-02-01 se nacházel
přibližně 15000 km od sondy. Bylo vypočteno, že u Jupitera budou obě tělesa
letět ve vzdálenosti asi 400 tis. km. Nefunkční urychlovací stupeň
tak nebude mít šanci trefit velice úzký koridor, který by ho navedl k Plutu.
Do oblasti dráhy Pluta se sice dostane, ale "devátou planetu" mine o
200 mil. km, což přibližně odpovídá vzdálenosti Marsu od Slunce.
Dne 2006-02-04 bylo vzpomenuto 100. výročí
narození Clydea Tombaugha, objevitele Pluta.
Podle zprávy z poloviny února 2006 pracovala sonda velmi dobře a měla
za sebou základní funkční zkoušky. Byla ověřena komunikace přes vysokoziskovou
anténu a anténu se středním ziskem. Provedl se test autonomního vyhledání
a zaměření sondy na Slunce a Zemi a uskutečnila se kalibrace palubních
gyroskopů IMU [=Inertial Measurement Unit]. Poprvé byla úspěšně vyzkoušena
tříosá stabilizace. Na základě údajů z gyroskopů byly podle potřeby
zapínány malé korekční raketové motorky a sonda se natáčela do přikázaných
směrů a v této poloze byla udržována s předepsanou přesností
(tzv. deathband).
Jediná neočekávaná událost se stala v noci
z 2006-02-11 na 2006-02-12,
kdy se palubní počítač, používaný při navigačních úlohách, dvakrát samovolně
restartoval. Anomálie byla způsobena chybou v programu, která se projevila
při příjmu dat ze sledovače hvězd. Řídícímu týmu se podařilo nepříjemnost
odhalit a připravit programovou záplatu. Oprava bude ale instalována ještě
s dalšími teprve až se funkčnost důkladně prověří na Zemi.
Příjemná zpráva přišla naopak od spojových specialistů. Komunikační systém
pracuje nad očekávání dobře a daří se udržovat rychlost přenosu dat na hodnotě
104 kbit/s, což je 2.5krát více než předpokládal původní plán. Se
vzrůstající vzdáleností od Země bude tato hodnota pochopitelně klesat.
Jestliže by se ale tento stav udržel, patrně by bylo možno i u Pluta komunikovat
rychleji než činilo zadání (0.7 až 1 kbit/s).
Připravovaná korekce dráhy TCM-2 [=Trajectory
Correction Maneuvre], která se měla uskutečnit dne
2006-02-15 - krátce po prvních opravách
TCM-1a a TCM-1b -
byla zrušena. Tým se rozhodl sledovat dráhu sondy delší dobu a teprve pak
provést definitivní velmi přesné zacílení. K němu mělo, podle prvních úvah,
dojít kolem 2006-03-09 a rychlost se měla při
něm změnit o 1 až 2 m/s. Z neznámých příčin dostala nově vložená
(popřípadě přeložená) korekce označení TCM-3.
Posledního února 2006 se New Horizons nacházel v poloviční cestě
k oběžné dráze Marsu a let pokračoval naprosto hladce. Podle plánu
se uskutečnila 35 dní po startu (Launch Plus 35 Day) prověrka technických
a operačních aspektů mise. Během celodenního jednání představili příslušní
pracovníci současný status sondy a poznatky, získané během dosavadního letu.
Koncem února se rovněž rozeběhly první zkoušky vědeckého vybavení. Jako
první byly podrobeny kontrole přístroje ALICE, PEPSSI a LORRI. První testy
měly za úkol zmapovat stav zařízení po startu, zda je v pořádku elektrické
napájení a zda funguje komunikace se zbytkem sondy. Dále se u každého
z přístrojů přezkoušela funkce mikroprocesoru a u kamery ALICE se
vyzkoušelo otevírání a zavírání krytu. Testy prozatím dopadly uspokojivě.
Jako další byly na řadě přístroje SWAP a SDC. V blízké době budou
některé přístroje zapojeny už za účelem zahájení vědecké práce. SDC, PEPSSI
a SWAP budou mít za úkol mapovat podmínky na trase více než 5 miliard km
k Plutu a potom dále.
Dne 2006-03-09 došlo na další korekci dráhy.
Manévr TCM-3 se uskutečnil ve vzdálenosti
51.7 mil. km od Země. Sonda se v této chvíli pohybovala rychlostí
37.5 km/s. Manévr byl zahájen kolem 17:00 UT a po 76 s práce
motorů bylo dosaženo změny rychlosti Δv=1.16 m/s. Jednalo se
prozatím o nejmenší opravu ze tří provedených motorických manévrů. Operace
proběhla po uvedení sondy do tříosé stabilizace, tzv. metodou "closed loop".
Průběh manévru monitorovalo řídící středisko JHU-APL
prostřednictvím sledovací stanice DSN poblíž Canberry (Austrálie).
Den po manévru TCM-3 byla do paměti palubního
počítače instalována nově vyvinutá procedura CLTSN [=Command Loss Time
Safety Net], autonomní postup činnosti systémů sondy v případě ztráty
spojení. Obnovily se zkoušky vědeckého vybavení. Testům byly podrobeny
experimenty SWAP a PEPSSI. Detektor slunečního větru SWAP [=Solar Wind at
Pluto] absolvoval 2006-03-13 důležitý milník,
když byl odklopen na první pokus kryt přístroje. Stejnou operací prošel
spektrometr ALICE koncem února. Další dva kryty u přístrojů Ralph a LORRI
[=Long Range Reconnaissance Imager] zůstanou ještě nějakou dobu v zavřené
poloze, dokud se sonda nedostane do větší vzdálenosti a nesníží se nebezpečí
poškození při náhodném zaměření do Slunce.
Zapojen byl a zkouškami prochází detektor kosmického prachu SDC [=Student
Dust Counter]. SDC je v principu akustický senzor, který dokáže
zaregistrovat dopady mikrometeoroidů na povrch sondy. Stejně tak ale dokáže
zachytit "zvuky" spojené s činností systémů a změnami na konstrukci.
Umí rozpoznat hluk pracujících raketových motorů, praskání v konstrukci
vyvolané teplotními změnami, otevírání dvířek atp. SDC zcela jasně zaregistroval
odklopení krytu SWAP dne 2006-03-13. Nyní bude
mít za úkol detekovat drobné nárazy částeček z meziplanetárního prostředí.
V nejbližších týdnech je v plánu provést další testy kamery LORRI.
První částice by měl zaregistrovat konečně přístroj SWAP a zkušebně bude
aktivován systém Ralph.
V průběhu března byla dokončena prověrka rádiového spojení přes
vysokoziskovou anténu.
Očekává se, že bude na palubu sondy na přelomu března a dubna instalován
inovovaný program C&DH [=Command and Data Handling]. Dne
2006-04-06 protne dráha New Horizons oběžnou
dráhu Marsu. Stane se tak 10 týdnů po odletu ze Země.
Pozemské týmy dokončují úpravy řídícího softwaru. Změny reagují na skutečnosti
zjištěné v prvních fázích letu, které nešly dost dobře predikovat před
startem. Probíhají poslední revize plánu pozorování Jupitera během průletu
začátkem příštího roku.
Za drahou Marsu
Dne 2004-04-07 kolem 10:00 UT, 78 dní
po startu a po 260 mil. km cesty vesmírem, protnula sonda oběžnou
dráhu Marsu. Ve stejném okamžiku se nicméně rudá planeta nacházela na zcela
jiném místě a tak se stalo, že vzdálenost sondy k Zemi (93.5 mil. km)
byla vlastně menší než vzdálenost k Marsu (299 mil. km).
K překřížení drah došlo ve vzdálenosti 243 mil. km od Slunce
poblíž apohelu dráhy Marsu. Sonda se v této chvíli vzdalovala od Slunce
rychlostí přibližně 21 km/s.
Ačkoliv překonání dráhy Marsu bylo (z laického hlediska) atraktivní
záležitostí, k hlavní události měsíce dubna došlo o několik dní dříve.
Dne 2006-04-05 byl do palubní paměti instalován
nový software povelového systému a systému zpracování dat C&DH 3.5
[=Command and Data Handling]. Software obsahuje vylepšenou ochranu proti
chybám a má provizorně sloužit až do podzimu, kdy bude spuštěn zásadně
přepracovaný program C&DH 4.0. Tento program již bude obsahovat celou
řadu "vychytávek" včetně zdokonalené komprese dat, která usnadní lepší
přenos naměřených údajů od Pluta. Software C&DH 3.5 prozatím běží podle
očekávání. Po jeho instalaci ale bylo nutno rebootovat palubní počítač.
Je jasné, že vypnutí "mozku" sondy je velice choulostivá a nebezpečná operace.
Než k ní došlo, byla procedura nesčetněkrát zkoušena v pozemských podmínkách
a v reálu potom proto proběhla naprosto hladce.
Většina dubnových aktivit se potom soustředila na prověrky vědeckých přístrojů.
Hlavní sada přístrojů dálkového průzkumu Ralph a rádiový experiment REX
prošly prvními testy 2006-03-21, resp.
2006-04-19 zcela bezproblémově. Detektor slunečního
větru SWAP odklopil poprvé ochranný kryt 2006-03-13
a 2006-03-28 byla zapojena jeho čidla. Tým
zodpovídající za kameru LORRI uskutečnil kalibraci přístroje ještě s uzavřeným
krytem. Pořízené snímky měly za cíl posoudit míru šumu detektorů v kosmických
podmínkách. Oproti pozemním zkouškám byly zaznamenány jisté změny, ale takovéto
odchylky jsou naprosto běžné. Na Zemi byly přístroje zkoušeny ještě před
instalací jaderného generátoru RTG a zákonitě se očekávalo, že práce RTG
ovlivní nějakým způsobem činnost přístrojů za letu. Analogické deviace se
očekávají i při prověrkách dalších experimentů plánovaných na květen.
Pokud je řeč o dalších chystaných zkouškách, vbrzku odklopí kryty přístroje
PEPSSI (2006-05-03) a Alice
(2006-05-20). Oba přístroje budou postupně
zapojovány na elektrické napětí a jejich detektory by měly brzy poté zaregistrovat
"první světlo". Dvířka přístroje Ralph se odklopí
2006-05-29. Ralph má nicméně dvířka z průhledného
materiálu, a tak je možno uskutečnit první kalibrace již
2006-05-10. Uvedené události by se daly expresivně
nazvat "otevřením očí" sondy, která 2006-05-07
překoná hranici první astronomické jednotky (bude se nacházet 2 AU od Slunce,
tj. dvakrát tak daleko jako Země od Slunce). K Plutu bude chybět ještě
dalších 31 AU, ale k Jupiteru už jen 3.2 AU.
Výrobce nosné rakety Lockheed Martin provedl analýzu dráhy stupně Centaur
a došel k zajímavým výsledkům. Centaur obdržel impuls, který ho společně
s urychlovacím stupněm Star a sondou vymanil ze zemské přitažlivosti
a umístil na heliocentrickou dráhu. Udělená rychlost není ale taková, aby
těleso zamířilo na okraj solárního systému nebo dokonce pryč od Slunce.
Tento poslední impuls zajistil sondě až stupeň Star. Centaur tedy zůstane
trvalou sluneční družicí. I přesto stačí udělená rychlost k tomu, aby se
dostal hluboko do pásma asteroidů. Vypočtené parametry dráhy jsou:
- velká poloosa: 300.46694 mil. km
- výstřednost (excentricita): 0.51053830
- sklon: 5.7429941°
- oběžná doba: 2.8469 roků
V červenci 2015, kdy New Horizons dorazí k Plutu, bude Centaur kroužit
již na svém čtvrtém oběhu kolem Slunce. O osudu urychlovacího stupně Star
již bylo referováno dříve. První stupeň Atlasu a pomocné návěsné rakety
skončily po dohoření paliva v Atlantickém oceánu. Začátkem května bylo
na pobřeží Bahamských ostrovů vyplaveno několik trosek aerodynamického krytu
nosné rakety a tam je našli turisté.
Řídící středisko oznámilo, že dráha sondy bude v roce 2014 procházet oblastí,
v níž se vyskytují asteroidy vázané na oběžnou dráhu Neptunu. Takovéto
asteroidy byly již dříve objeveny v libračních bodech u Jupitera a protože
pro ně byla zvolena jména hrdinů Trójské války z Homérovy Illiady, jsou známé
pod souhrnným označením Trójané. Předpokládalo se, že se obdobné skupiny
planetek vyskytují i u ostatních obřích planet. Trójané vázaní na Neptun
byli skutečně v nedávných rocích objeveni. Je jich sice zatím jenom
hrstka, ale další objevy jsou velmi pravděpodobné. Z astronomického
hlediska se přitom jedná o velice zajímavá tělesa, protože se má za to, že
představují jedny z nejstarších objektů solárního systému, podobně
jako komety a tělesa Kuiperova pásu. Není vyloučeno, a tato možnost se zkoumá,
že dráha sondy povede poblíž nějakého takové objektu a pak by se pochopitelně
NASA pokusila planetku prozkoumat. Rovněž je možné, že bude vhodný kandidát
výzkumu objeven ještě dodatečně. NASA proto vyzvala astronomy, aby se na
uvedenou oblast zaměřili a pomohli najít vhodný cíl.
Specialisté na rádiové spojení přišli s myšlenkou, jak dramaticky zvýšit
rychlost přenosu dat ze sondy. Chtějí využít záložního transmiteru pro současné
vysílání jiného souboru dat. Tím by se vlastně potřebná doba předávání signálu
zkrátila na polovinu. I tak bude odvysílání dat od Pluta trvat neskutečně dlouho.
Původně byl tento proces rozplánován na 9 měsíců, nyní by se to mohlo
stihnout za 4.5 měsíce. Nejdůležitější výsledky z průletu -
všechny snímky a spektra - dorazí na Zemi nicméně už během tří týdnů.
Novou metodu rádiového přenosu bude zapotřebí ještě vyzkoušet, k čemuž
dojde ještě letos.
2006-04-29 se sonda Hew Horizons nacházela
přesně 100 dní na cestě vesmírem. Prozatím nebyl žádný důvod ke
znepokojení. Vše fungovalo podle plánu a nic nenaznačovalo, že by se situace
měla změnit. Uplynulých 100 dní bylo nicméně naplněno horečnatou činností.
Kromě jiného bylo nutno vykonat tři malé opravy dráhy letu, pří nichž se
jednak vyzkoušel pohonný systém a jednak se doladila dráha před průletem
u Jupitera. Technici měli příležitost otestovat a provést opravu softwaru
řídících palubních počítačů. Byly provedeny základní zkoušky všech sedmi
vědeckých přístrojů. Vědecké vybavení přečkalo choulostivé okamžiky startu
a prokázalo, že je schopno provozu. Kompletní prověrka jednotlivých experimentů
má být hotova v létě. Příprava výzkumu Jupiterova systému bude dokončena
do konce roku. Sonda pokračovala dále v cestě za drahou Marsu. Heliocentrická
rychlost činila v této chvíli 31.1 km/s (111960 km/h).
V pásmu asteroidů
Květen 2006, podobně jako duben, byl měsícem intenzivních prověrek užitečného
zatížení. Zkoušky pokračovaly především u přístrojů LORRI, PEPSSI, Alice a Ralph.
Sonda obdržela novou sadu úprav palubního softwaru, které vyřešily některé
chyby zjištěné při pozemních testech a během dosavadního průběhu letu. Hlavní
starosti dělají opakované restarty řídícího počítače, k nimž dochází
jednou až dvakrát měsíčně. Prozatím nezpůsobily naštěstí větší potíže. Systém
se spolehlivě zotavil, aniž by bylo přerušeno provádění letových operací.
Řídící tým pracuje na zásadních úpravách programů. Přepracovaný software by
se měl instalovat kolem 2006-10-01.
U tří přístrojů byla odklopena krycí dvířka. Mechanický otřes provázející
pohyb dvířek zaregistrovalo čidlo nárazu prachových části SDC [=Student Dust
Counter] dne 2006-05-03 (PEPSSI),
2006-05-20 (Alice) a 2006-05-29
(Ralph). Každý z jmenovaných přístrojů tak uviděl "první světlo", nebo-li
detekoval signál z hvězd (Ralph) nebo z meziplanetárního prostředí
(PEPSSI a Alice). Naměřená data ukazují, že kamery souboru Ralph mají poněkud
vyšší citlivost. Naproti měření emisí pozadí experimentem Alice dává přibližně
poloviční hodnoty než bylo očekáváno. Je to známkou toho, že termoelektrický
generátor září do okolí mnohem méně než činily konzervativní odhady. Jedná
se o velmi příznivou zprávu, protože Alice potom dokáže rozlišit signály mnohem
slabších zdrojů.
V květnu se začalo s upřesňováním programu pozorování při průletu
kolem Jupitera a pokračovalo sledování skutečné dráhy sondy tak, aby se mohla
provést případná drobná korekce dráhy letos na podzim. Zatím se zdá, že
úprava trajektorie nebude nutná, ale konečný verdikt může padnout až budou
k dispozici pozorování z delšího úseku dráhy.
Plánovat se začala také činnost během letu za Jupiterem. Po několik roků,
kdy se bude sonda pohybovat mimo dosah velkých těles mezi Jupiterem a Plutem,
se předpokládá jen každoroční asi dvouměsíční prověrka systémů. V letech
2008 až 2011 se mají zkoušky provádět na podzim, v dalších rocích v létě.
Tím by se měly napodobit podmínky příjmu signálů z hlediska vzájemné
polohy Slunce, Země a sondy v okamžiku setkání s Plutem.
Sonda na své pouti vstoupila v květnu 2005 do
hlavního pásu asteroidů. Oblast pásu asteroidů
obsahuje hrstku trpasličích planetek, z nichž největší má průměr kolem
1000 km, a spoustu menších těles. Jejich rozměry se pohybují od stovek
km, přes balvany velikosti hor až po malé kameny a prachová zrna. I když pásem
asteroidů již cestovala řada kosmických sond,
není cesta přes něj stále bez nebezpečí. Na druhou stranu je tu šance, že
dráha sondy povede v blízkosti některého známého objektu a ten bude
moci být sondou prozkoumán. Rovněž dráha sondy New Horizons byla konfrontována
s drahami známých asteroidů. V tomto případě bylo ale rozhodnuto
průzkum planetek z programu vynechat. Vedly k tomu dva důvody.
Prvním byly nároky na palivo. Pokud by se měla sonda k některému tělesu
přiblížit, musela by poněkud změnit dráhu a při této operaci by spotřebovala
přibližně polovinu zásob pohonných látek, určených k manévrům v Kuiperově
pásu. Druhým argumentem bylo, že jediné vhodné objekty k návštěvě byly
nezajímavé "malé" balvany o průměru pár kilometrů. I když by i takové setkání
mělo jistý vědecký význam, ve srovnání s možným přínosem výzkumu Kuiperova
pásu se případný motorický manévr jevil jako mrhání palivem. Do oblasti asteroidů
to navíc není daleko a zkoumat je má v budoucnu celá řada specializovaných
sond.
I když tedy bylo rozhodnuto, že se kvůli setkání s asteroidem nebudou
provádět žádné motorické manévry, přesto se prováděl rozbor možností, jak
pozorovat nějaký objekt "jen tak mimochodem". Rozbor drah všech registrovaných
planetek je časově velice náročný. Na začátku května bylo vypočítáno, že
2006-07-13 se New Horizons přiblíží na 104 tis. km
k malému asteroidu, který ještě nemá ani definitivní označení. V katalozích
je prozatím veden pod číslem 2002 JF56. Jedná se o objekt o průměru
3 až 5 km. Další obvyklé údaje jako typ (složení) nebo perioda rotace
chybí. O pozorování planetky 2002 JF56 se pokusí kamery Ralph. Šance,
že se podaří zachytit něco více než bod o rozměrech několika pixelů, je
vzhledem k parametrům kamery minimální. Výkonnou kameru přístroje LORRI
nelze použít, protože její objektiv v té době bude stále ještě pod
ochrannou krytkou kvůli možnému poškození, k němuž by mohlo dojít při
náhodném zaměření na Slunce.
Hlavním smyslem pozorování asteroidu bude zkouška optické navigace přístroje
Ralph a schopnosti sledovat pohybující se objekt. Mohlo by se podařit získat
světelnou křivku planetky, která by naznačila složení tělesa, rotaci a upřesnila
průměr.
Dne 2006-06-15 byly zveřejněny první snímky
z multispektrální kamery MVIC [=Multispectral Visible Imaging Camera]
asteroidu 2002 JF56. MVIC je součástí přístroje Ralph. Dva obrázky
byly pořízeny 2006-06-11 ze vzdálenosti
3.36 mil. km, resp. 2006-06-12 ze
vzdálenosti 1.34 mil. km. Na snímcích jsou vzhledem k velké
vzdálenosti a rozlišovací schopnosti použité kamery vidět jen nezřetelné
světlé skvrnky na tmavém poli. Na jejich základě bylo přesto možné upřesnit
průměr tělesa na 2.5 km. Hlavním účelem akce bylo, kromě ostré zkoušky
vědeckého vybavení na konkrétním tělese, ověřit schopnost naváděcího systému
sledovat rychle se pohybující objekt.
K největšímu přiblížení na 101867 km k planetce 2002 JF56
došlo 2006-06-13 v 04:05 UT. Sonda se
právě nacházela 368 mil. km od Slunce a 273 mil. km od
Země. Z této vzdálenosti začal Ralph skanovat a pořizovat barevné snímky
a infračervená spektra. Data byla, stejně jako předchozí snímky, na palubě
zkomprimována a postupně odesílána přes síť DSN do pozemského střediska.
Obrázky z nejmenší vzdálenosti by měly dorazit až v týdnu od
2006-06-19.
Dne 2006-07-04 překročí sonda vzdálenost 3 AU
od Slunce. Ačkoliv sluneční záření je v tomto místě stále ještě stokrát
intenzivnější než u Pluta, oproti zemské oběžné dráze je energie záření již
desetinová. Sonda se pomalu dostává do studených oblastí Sluneční soustavy,
na něž byla projektována. Dosavadní půlroční cesta je z tohoto hlediska
pouze malou epizodou na cestě k Plutu.
Koncem června 2006 došlo k malé společenské události. Detektor kosmického
prachu SDC [=Student Dust Counter], postavený studenty z University of
Colorado, byl po prvních ostrých zkouškách v kosmických podmínkách
přejmenován na VBSDC, přičemž dvě nová první písmena na začátku jsou iniciálami
jména Venetia Burney. Kromě málo zapamatovatelné zkratky se současně objevilo
i hezčí zjednodušené pojmenování "Venetia". Stalo se tak na počest paní
Venetii Burney Phair, která v roce 1930, tehdy ještě jako jedenáctiletá
školačka, navrhla pro nově objevenou devátou planetu jméno Pluto. Paní Venetia,
dnes již ve věku 87 let, stále žije v Epsomu (Anglie) a byla touto
poctou velice potěšena.
Půl roku na cestě
Dne 2006-07-14 zbývalo přesně devět roků
do největšího přiblížení k Plutu. O několik dní později
(2006-07-19) uplynulo současně šest měsíců od
startu sondy na dlouhou cestu. New Horizons měl před sebou ještě mnoho milionů
kilometrů, ale putování úspěšně pokračovalo.
Co se v posledních dnech a týdnech stalo významného:
- New Horizons úspěšně absolvoval průlet kolem asteroidu a přitom odzkoušel
navádění přístrojů na rychle se pohybující objekt.
- Dna maličké měsíce Pluta byly oficiálně pojmenovány Mezinárodní astronomickou
unií na Nix (vnitřní měsíc) a Hydra (vnější měsíc).
- Pokračovaly zkoušky přístrojů SWAP a PEPSSI.
- Proběhla zkouška vysokoziskové antény přístroje REX.
- Na palubu byl přenesen vylepšený software, který má na starosti autonomní
detekci a opravu poruch.
- Sonda byla převedena z tříosé stabilizace na stabilizaci rotací
5 ot/min.
Sonda pohybující se rychlostí více než 70 tis. km/h se už přiblížila
k Jupiteru na menší vzdálenost než činila distance ke Slunci. Koncem
měsíce pak symbolicky přetnula dráhu planetky Ceres, největšího zástupce pásu
asteroidů mezi Marsem a Jupiterem.
Principal Investigator, Alan Stern, rovněž v červenci shrnul průběh
operací během průletu kolem planetky 2002 JF56. O příležitosti navštívit
asteroid se řídící tým dozvěděl teprve v květnu. Není to nic zvláštního -
planetek je známo již desítky tisíc a propočítat vzájemné polohy sondy a
kosmického objektu při tomto množství není jednoduchá práce. Jakmile se tedy
naskytla možnost obohatit vědeckou náplň letu, řídící středisko okamžitě zahájilo
přípravné kroky. Na naplánování pozorovací kampaně mělo jen asi šest týdnů času.
Ve dnech 2006-06-11 a 2006-06-13
byl objekt 2002 JF56 sledován multispektrální barevnou kamerou Ralph MVIC
a infračerveným zobrazovacím spektrometrem Ralph LEISA. Jelikož se sonda
nacházela poměrně daleko - 102 tis. km - nebylo možné
získat stejně úchvatné obrázky jako u misí, které s výzkumem asteroidů
předem počítaly. Přesto se podařilo získat měření barvy, fotometrických vlastností,
velikosti a složení tělesa. A nejdůležitějším výsledkem, jak už bylo zmíněno
výše, tým si mohl vyzkoušet metodu přesného zaměření a sledování pohybujícího
se cíle.
Úspěch u asteroidu inspiroval Alana Sterna, aby pro objekt 2002 JF56
navrhl Mezinárodní astronomické unii (IAU) oficiální jméno "Johns Hopkins
Applied Physics Lab".
2006-08-15 dosáhla sonda Voyager 1, zatím
nejvzdálenější těleso vytvořené člověkem a vyslané na cestu vesmírem před
25 lety, vzdálenosti 100 AU (astronomických jednotek) od Slunce.
Ve stejné době se New Horizons nacházela stále ještě v pásu asteroidů
a vzdálenost ke Slunci se počítala na jednotky AU. Ačkoliv byla sonda
New Horizons vyslána ze Země prozatím nejvyšší rychlostí a do vzdálenosti
100 AU se také jednou dostane, šanci předstihnout Voyager 1 přesto nemá.
Voyager byl totiž urychlován sérií gravitačních manévrů u velkých planet
a ještě nyní se vzdaluje od Slunce rychlostí 17 km/s. New Horizons
dosáhne hranice 100 AU za 32 let v prosinci 2038 a rychlost
bude v tomto okamžiku činit "jen" 13 km/s.
Mrzutá událost zkazila částečně náladu celého řídícího týmu dne
2006-08-24. V tento den přijal kongres
Mezinárodní astronomické unie (IAU) konaný v Praze novou definici planet.
Podle ní vypadlo Pluto z kategorie regulérních planet a bylo zařazeno
do nově definované skupiny planet trpasličích. Mise New Horizons k nejvzdálenější
planetě Sluneční soustavy se rázem rozhodnutím od zeleného stolu přeměnila
formálně ve výpravu k řadovému malému objektu. Celý tým mise včetně
PI Alana Sterna vyhlásil vzpouru a odmítl se vzdát označení Pluta jako deváté
planety.
Koncem srpna 2006 opustila sondy New Horizons ve vzdálenosti 3.3 AU
od Slunce oblast hlavního pásu asteroidů a pokračovala v letu
k planetě Jupiter.
Volná cesta k Jupiteru
2006-08-29 byla poprvé vyzkoušena nejvýkonnější
kamera na palubě sondy. Z objektivu přístroje LORRI byl v 06:40 UT
odstraněn ochranný kryt a dovnitř pronikly první paprsky světla. První snímek
byl o pět a půl minuty později zaměřen na hvězdokupu Messier 7, nacházející
se v Mléčné dráze. Data dorazila do zkušebního střediska kolem 15:00 UT
ze sítě DSN. Nejprve bylo potvrzeno, že se kamera ochlazuje, což znamenalo,
že se krytka skutečně odklopila. Teprve pak se na obrazovkách objevil obraz
hvězdného pole. Silikonová konstrukce přístroje udržela zaostření zrcadla
teleskopu, i když po odkrytí objektivu poklesla teplota prudce o více než 50°C.
Zkušební obrázek potvrdil, že parametry přístroje odpovídají předpokladům a
předstartovním prověrkám. Nyní se teploty konstrukce již vyrovnaly a tak
tomu bude až do příletu k Plutu. Aktivace přístroje znamená, že nyní
již byly zprovozněny všechny vědecké přístroje na palubě a ze všech byla
přijata kvalitní data.
Dne 2006-09-04 byl pomocí kamery LORRI vyfotografován
Jupiter, nacházející se dosud 291 mil. km daleko. I přes stále
obrovskou vzdálenost je na planetě vidět řadu podrobností - strukturu
atmosféry, pásy, víry a dva Galileovské měsíce.
Na snímcích Uranu a Neptunu byl také v září 2006 kalibrován přístroj
Ralph. Kalibrace probíhala u přístrojů Alice (na ultrafialových hvězdách),
PEPSSI a SWAP (sluneční vítr). Zkoušky probíhaly úspěšně, přesto se vyskytlo
několik drobných nesrovnalostí. Zjistilo se např., že přístroj PEPSSI na
horní palubě není zcela přesně orientován. Tato konstrukční chyba by se
projevila jen během průletu kolem Jupiteru, dá se ale kompenzovat natočením
sondy o několik stupňů.
Během plánované změny orientace 2006-09-04 se
na krátkou chvíli mihlo Slunce před odkrytými objektivy přístrojů Ralph a
LORRI. Této poloze se snažili technici vždy vyhnout, protože hrozilo nebezpečí
poškození elektronických prvků ostrým slunečním světlem. Vzhledem k tomu,
že expozice byla tentokrát jen velice krátká a sonda se nachází již daleko
od Slunce (3.45 AU), nezanechala tato událost naštěstí žádné následky.
Přesto zapříčinila tato "nehoda", že od příště bude před odesláním povelů
na sondu provedena další série ověřovacích zkoušek.
2006-11-01 se sonda nacházela ve vzdálenosti
4.1 AU od Slunce a heliocentrická rychlost v souladu s principy
nebeské mechaniky poklesla na 77400 km/h (21.5 km/s). S rostoucí
vzdáleností se prodlužovala i doba letu rádiového signálu. V této době
již činila doba mezi odesláním zprávy ze Země a potvrzením jejího příjmu
více než hodinu. Byl proto nejvyšší čas dokončit různé činnosti, která bylo
možno stihnout ještě v relativní blízkosti Země, dříve než se časové
zpoždění protáhne na neúnosnou dobu. Od konce září se v průběhu října
2006 podařilo dokončit:
- instalaci a spuštění nové verze řídícího softwaru;
- úvodní kalibraci a první vědecká měření přístrojů na detekci částic
PEPSSI a polí SWAP;
- kalibraci studentského detektoru prachu Venetia, při které byly
odfiltrovány vlastní šumy způsobené funkcí systémů sondy;
- instalaci a aktivaci autonomního letového softwaru (verze 14),
obsahujícího řadu vylepšení a eliminací zjištěných chyb.
Kromě uvedených činností, analyzoval tým specialistů data o skutečné trajektorii
sondy a na jejich základě dospěl 2006-10-19
k názoru, že nebude zapotřebí provádět korekci dráhy, která byla
plánována na polovinu prosince. Současná dráha se velice blíží plánované
a požadovaná změna dráhy při eventuálním korekčním manévru by činila pouze
0.4 m/s. Akceptovaná odchylka bude znamenat při průletu kolem Jupitera
rozdíl asi 870 km od ideálního bodu, což se dá pohodlně kompenzovat
při další příležitosti po gravitačním manévru u planety na jaře příštího roku.
Řídící tým se proto zatím nebude zdržovat přípravou a provedením prosincové
korekce a o to více času může věnovat plánu vědeckého výzkumu u Jupitera,
ověřování a zkoušky všech vědeckých přístrojů a dalším analýzám dráhy. Vědecké
pozorování největší planety naší soustavy a jejího systému měsíců přitom
už začne 2007-01-01!
Koncem listopadu (od 2006-11-19 do
2006-11-27) se sonda bude nacházet z hlediska
pozemského pozorovatele takřka přesně za Sluncem, resp. do 3° od spojnice
Země-Slunce. Tato situace, nazývaná sluneční
konjunkce, je běžnou záležitostí u všech planetárních sond a projevuje se
především potížemi při rádiovém spojení. Po zmíněných osm dní byl proto pro
tým mise New Horizons vyhlášen komunikační klid. Spojaři budou mít za úkol
jen sledovat nosnou vlnu rádiového vysílače sondy a vyhodnocovat její deformaci
způsobenou průchodem rádiových vln těsně vedle slunečního kotouče.
Koncem listopadu čekalo vědecký tým jedno malé, ale příjemné překvapení.
Poprvé jeho členové a následně i veřejnost zahlédli cíl cesty pomocí palubních
přístrojů! Tato událost ale měla poněkud komplikovanější historii.
Jak už bylo popsáno výše, v rámci nejrůznějších prověrek užitečného
zatížení sondy a funkce všech systémů, uskutečnil se mj. ve dnech
2006-09-21 a 2006-09-24
test optické navigace pomocí snímků hvězdného pole kamerou LORRI. Kamera
byla zaměřena do míst, kde se právě měla nacházet planeta (nyní vlastně
už trpasličí planeta) Pluto. Objekt se nacházel ve vzdálenosti přibližně
4.2 miliard km. Získané snímky byly uloženy do palubní paměti a teprve
po dlouhé době odvysílány k Zemi. Po rozboru celkem šesti došlých obrázků
bylo Pluto jasně identifikováno jako velice slabý bod, pohybující se na
pozadí hvězdného pole. Zachyceno bylo tedy stejnou metodou, s jakou
pracoval jeho první objevitel Clyde Tombaugh ve třicátých letech minulého
století. Systematicky několikrát fotografoval stejný kvadrant oblohy a pak
trpělivě srovnával snímky a hledal světlý bod, který změnil polohu.
I když z vědeckého hlediska neznamenají obrázky zatím žádný přínos,
přesto je citlivost kamery příslibem zajímavých snímků, až New Horizons dorazí
v roce 2015 do soustavy Pluto-Charon.
Sonda mezitím pokračovala v bezproblémové cestě vesmírem. Vzdálenost
od Slunce se zvětšovala a na přelomu roku 2006 a 2007 již překročila hranici
5 AU.
Listopad a prosinec byly ve znamení vědeckých pozorování některými palubními
přístroji. Hlavní práci měly experimenty SWAP, měřící sluneční vítr a PEPSSI,
určený ke studiu plazmového pole. Oba byly zkalibrovány a pak se věnovaly
pozorování meziplanetárního prostředí. Detektor prachu
VB-SDC zaznamenával nárazy mikrometeoroidů.
V prosinci byl opět upraven software v části ochran a oprav
případných závad. Rovněž v oblasti rádiokomunikace bylo dosaženo dvou
drobných úspěchů. Prvním bylo úspěšné vyzkoušení schopnosti duálního vysílání.
Znamená to, že přibližně od jara 2007 bude možno zvýšit rychlost přenosu
dat 1.5 až dvojnásobně. Přínos v možnosti navýšení množství přenášených
technických i vědeckých dat je naprosto zřejmý. Druhá dobrá zpráva se týkala
schopností udržovat kontakt se sondou během sluneční konjunkce. Ta nastala
koncem listopadu a původně se předpokládalo, že interference rádiového signálu,
procházejícího kolem slunečního disku, znemožní spojení na osm dní. Ve
skutečnosti byl signál rušen jen zlomek této doby. Je to dobrá zpráva pro
budoucnost, protože podobná období slunečních konjunkcí se budou pravidelně
opakovat koncem každého dalšího roku.
Král planet na dohled
Začátkem ledna 2007 byla formálně zahájena etapa průletu sondy kolem Jupiteru.
Rozplánována byla na dalšího půl roku až do června. Během vlastního průletu
bylo přichystáno více než 100 pozorovacích sekvencí zahrnujících přes 700
jednotlivých pozorování planety.
První "zkušební" pozorování Jupitera se uskutečnilo už
2007-01-05. Tohoto dne byl zaměřením na planetu
kalibrován rádiové experiment REX. Dne 2007-01-08
byl "ostrý" program zahájen černobílým snímkováním planety a pozorováním
ledového měsíce Callisto v infračerveném vlnovém pásmu.
Začátkem ledna uveřejnil PI Alan Stern hrubý plán další činnosti na rok 2007.
V dalších několika týdnech měly přístroje PEPSSI a SWAP pokračovat ve
studiu meziplanetárního prostředí a kamery Ralph a LORRI měly pravidelně
fotografovat přibližujícího se plynového obra a jeho soustavu měsíců a prstenců.
Kromě vědeckých výzkumů byly připravovány i dva korekční manévry. První by
měl být proveden těsně před příletem v polovině února a druhý, ten který
doladí dráhu po gravitačním manévru, v květnu. Především druhý bude
muset být proveden velmi pečlivě. Počítá se pro něj s motorickým zásahem,
reprezentujícím změnu rychlosti Δv=2 m/s. Dal by se sice odložit
až do podzimu, ale každé delší zpoždění by znamenalo vyšší spotřebu pohonných
látek. Naproti tomu není jisté, zda se úprava dráhy naplánovaná na únor bude
muset provádět.
Po průletu kolem Jupitera začne také příprava na fázi první hibernace, do
níž by měly systémy sondy vstoupit v červenci. Hibernace má dva účely -
jednak šetří provozní náklady ve středisku řízení mise a jednak šetří většinu
vlastních subsystémů sondy, které nemusí pracovat zbytečně dlouhou dobu.
Nácvik přechodu do hibernace se uskuteční již v dubnu. Než ale bude
možno sondu uložit do dlouhého spánku, bude muset nejdříve předat veškerá
vědecká data ze soustavy Jupitera a dokončit alespoň část ověřovacích zkoušek
vědeckého vybavení. Zkoušky zahájené na podzim minulého roku, byly nakonec
přesunuty až na jaro roku 2007, aby se řídící tým mohl více věnovat přípravě
setkání s Jupiterem.
K dlouhodobé hibernaci se nicméně nepřistoupí dříve než v polovině
roku 2008. Mezitím se budou dále provádět zkoušky vybavení a při té příležitosti
i skutečná vědecká pozorování fyzikálních podmínek v okolí sondy.
To byly tedy plány na rok 2007, jak je prezentoval Alan Stern. Mezitím se
ale přibližoval první velký cíl na cestě do hlubin Sluneční soustavy. Jupiter
byl na snímcích stále větší a hned od začátku vyvolával vzrušení mezi astronomy.
Ukazovalo se, že dynamika planety je značně proměnlivá. Obrázky z New
Horizons představovaly atmosféru, která se lišila od toho, co viděly sondy
Cassini a Galileo před několika lety.
Naopak probouzely vzpomínky na snímky z ještě staršího průzkumníka -
sondy Voyager z roku 1979. Shodovali se na tom i planetární experti.
Rovníkové a jižní oblasti včetně se známou Rudou skvrnou působily klidnějším
dojmem. Atmosféra byla čistší a bouřkové projevy méně výrazné.
Rok na cestě
2007-01-19 uplynul první rok od chvíle, kdy
se New Horizons vydala na dlouhou cestu. Co se během onoho roku všechno
přihodilo?
Hlavní činnosti sondy a pozemního týmu se dají stručně shrnout do následujících
bodu:
- Uskutečnila se kompletní prověrka celé sondy a záložních subsystémů.
- Pohonný systém vykonal tři malé dráhové korekce, kterými nasměroval
meziplanetární stanici do přesného bodu průletu kolem Jupiteru.
- Proběhly kompletní zkoušky a úvodní kalibrace sedmi vědeckých přístrojů
na palubě.
- Byl navržen, odzkoušen a instalován nový orientační a navigační systém,
program autonomní činnosti při případné závadě a software na správu dat.
Tyto instalace jednak odstranily drobné programové závady, které byly objeveny
až po startu a jednak v mnoha směrech zvýšily možnosti řídícího systému.
- Byly odzkoušeny schopnosti navádění přístrojů na slabý kosmický objekt.
Zkoumaný asteroid 2002 JF56 byl posléze Mezinárodní astronomickou unií
pojmenován na počest provozovatelů sondy APL.
- Proběhla příprava na první fázi hibernace na cestě mezi Jupiterem a Plutem.
- Bylo připraveno více než 700 jednotlivých měření Jupiteru na období
leden až červen 2007.
- Byla zahájena vědecká pozorování Jupiteru dne
2007-01-06.
První rok cesty vesmírem se tedy stal minulostí a před technikou i lidmi byly
další roky naplněné, jak všichni doufali, mnohými vzrušujícími zážitky. Nejbližší
se měl dostavit přibližně za jeden měsíc. Jupiter se každým dnem blížil a
pokračovala intenzivní pozorovací kampaň. Koncem ledna byla planeta ještě
dost daleko, aby mohlo snímkování přinést nějaké převratné objevy, o to více
času bylo věnováno studiu kosmického prostředí. Přístroje SWAP a PEPSSI sledovaly
částice proudící od Jupitera a čekaly na první známky projevů působení magnetosféry
planety. Kamery Ralph a LORRI se zatím jen trénovaly na přibližujícím se cíli
a zaznamenávaly měnící se meteorologickou situaci v atmosféře. Snímky
satelitů planety sloužily jednak k nácviku optické navigace a jednak
se pomocí nich prováděla kalibrace přístrojů. Rovněž rádiový experiment REX
používal planetu jako kalibrační rádiový zdroj. Ultrafialový spektrometr
Alice zahájil pozorování polárních září a plazmového torusu.
Již v minulé kapitole bylo zmíněno, že současný Jupiter do značné míry
astronomy překvapil. Stav atmosféry byl mnohem klidnější než v dobách,
kdy ji zkoumaly sondy Galileo a Cassini.
Nejnovější pozorování tuto situaci potvrzovaly a k radosti vědců naznačovaly,
že průlet kolem největší planety nebude jen fádní technickou záležitostí,
ale přinese i spoustu nových vědeckých dat.
Průlet kolem Jupitera
V polovině února se sonda New Horizons přiblížila k Jupiteru na
takovou vzdálenost, že se jevil na obloze ve stejné velikosti jako Měsíc
při pohledu ze Země - a stále se zvětšoval. V okamžiku největšího
přiblížení měl dosáhnout maximální velikosti 3.6°. Toto číslo nevypadá
na první pohled nijak impozantně, ale Jupiter tím překoná všechna tělesa,
s nimiž se sonda na cestě k Plutu setká. Jedinou výjimkou byla
naše vlastní Země a to ještě jen do dvou hodin po startu. I ona se pak scvrkla
na menší kotouček. Měsíc, který sonda minula ve vzdálenosti 184 tis. km
devět hodin po startu narostl jen na nepatrných 1.1°.
S přibližujícím se cílem, narůstala i intenzita vědeckých výzkumů.
V polovině února se uskutečňovaly dvě až tři pozorovací kampaně denně.
Většinou se jednalo o měření nabitých částic a slunečního větru přístroji
PEPSSI a SWAP. Od 2007-02-24 do
2007-03-04 měla ale četnost pozorování vzrůst
na 10 až 20 sekvencí denně. Zúčastnit se jich mělo všech šest přístrojů.
Jakmile se sonda přiblížila ještě více, došlo i na studium větších detailů
na planetě a v jejím okolí. Den před průletem byla například sledováno
složení atmosféry a struktura povrchu měsíců Io a Callisto. Bylo mapováno
složení kůry satelitů Ganymedes a Europa. Kamery pátraly po případných miniaturních
měsíčcích, pohybujících se v nevýrazných prstencích planety. Byla
snímkována Malá rudá skvrna s vysokým rozlišením. Fotografována byla
sopečná činnost na Io a prstence. Zkrátka nepřišlo ani studium magnetosféry.
Poslední impuls na cestu k Plutu udělil sondě raketový motor Star-48
krátce po startu. Motor se pak oddělil a pokračoval po vlastní trajektorii,
která se příliš nelišila od dráhy, po které se pohybovala sonda. Motor byl
naposledy pozorován v den startu 2006-01-19
a jeho dráha tudíž nemohla být stanovena příliš přesně. I toto krátké sledování
však stačilo k tomu, aby se zjistilo, že Star-48
dorazí k Jupiteru 2007-02-27 přibližně šest
hodin před tím, než se k planetě přiblíží New Horizons. Těchto šest hodin
je však příliš mnoho, aby urychlovací stupeň prolétl správným místem nad
planetou a byl urychlen k Plutu. Počínaje Jupiterem se tak dosud blízké
dráhy sondy a jejího urychlovacího motoru začaly rychle rozcházet.
2007-02-27 v dopoledních hodinách ohlásila
manažerka letových operací New Horizons: "Jsme na cestě k Plutu! Gravitační
manévr byl úspěšný; sonda drží kurs a pracuje podle předpokladů."
Sonda New Horizons minula Jupiter dne 2007-02-27
v 05:43 UT v bodě nacházejícím se 2.3 mil. km od planety,
ze kterého byla zacílena k soustavě Pluto-Charon, kam dorazí v červenci
2015. Koridor, kterým musela bezpodmínečně proletět, měl průměr 800 km,
což je velice úzká škvírka, uvážíme-li, že doposud zdolala kolem 800 mil. km
cesty vesmírem. Gravitační manévr nebyl zcela bez rizika. Sonda se totiž dostala
do takové blízkosti k planetě, že pocítila účinky silné radiace, která
může za určitých okolností poškodit elektronické prvky na palubě. Podle
telemetrických dat ale systémy naštěstí přečkaly setkání bez problémů. Gravitační
pole Jupitera udělilo sondě dodatečnou rychlost přibližně 3.9 km/s
(14000 km/h). V okamžiku největšího přiblížení k planetě se
sonda nacházela mimo rádiový kontakt se Zemí ale i v těchto chvílích
pilně shromažďovala vědecká data.
Vzrušující chvíle v řídícím středisku prozatím pominuly, intenzivní činnost
ale pokračovala. Sonda minula Jupiter a vzdalovala se dál do hlubin vesmíru.
Sledování planety bylo rozplánováno ještě na mnoho dní. Začátkem března došlo
ke kalibraci experimentu REX a kamery LORRI, které využily planety jako
referenčního cíle. Na snímcích se fotometricky studovaly malé měsíčky Elara
a Himalia. Hlavní pozornost však byla věnována průzkumu ohonu magnetosféry,
čemuž se věnovaly přístroje SWAP, PEPSSI a rovněž detektor prachu Venetia.
Výzkumná fáze Jupitera měla ostatně trvat až do poloviny června. Snímkování
a spektroskopická pozorování skončila nicméně již v prvním březnovém týdnu.
Pomalu rovněž pokračoval přenos získaných dat. Prozatím došlo k přenosu
jen několika namátkových snímků a datových souborů. Přesto už i tyto kusé
informace přinesly řadů nádherných a vzrušujících poznatků o planetě a její
soustavě měsíců a prstenců. Na přenos ale čekalo ještě více než 36 Gb dat.
Se soustavným vysíláním se začalo 2007-03-07 a
v plánu bylo dostat na Zemi alespoň několik gigabitů dat každý týden,
aby všechna dorazila do řídícího střediska přibližně do konce dubna. K dispozici
bylo přibližně 6 až 8 hodin času sítě DSN denně.
Další významná událost se měla odehrát 2007-03-21,
kdy se měly zažehnout malé manévrovací motorky a uvést sondu do rotace 5 ot/min.
Trojosá stabilizace byla použita jen pro účely vědeckých pozorování u Jupitera
a přechod na stabilizaci rotací šetří po dlouhou dobu letu, "kdy se nic neděje",
drahocenné pohonné látky.
Plánovaný průběh letu
Po většinu doby přeletu se bude sonda nacházet ve stavu hibernace. Tímto
způsobem je možno snížit náklady na letové operace a jen minimálně zatěžovat
kapacitu spojovací sítě DSN [=Deep Space Network]. Hibernace, během níž
je značná část kosmické sondy bez elektrického napětí snižuje rovněž
degradaci elektronických prvků, což je obzvlášť důležitý faktor u
dlouhotrvajících cest. Orientace sondy bude udržována rotací rychlostí
5 ot./min s parabolickou anténou zaměřenou k Zemi. Palubní
počítač má neustále monitorovat stav systémů a na povel ze Země přes anténu
se středním ziskem jednou týdně odvysílat situační zprávu ve formě tzv.
majáku. Pokud leží parametry v očekávaných mezích, vysílá se tomu
odpovídající "zelený tón". Pro případ anomálií je k dispozici dalších
sedm druhů "červených tónů".
Jednou ročně má být sonda probuzena z hibernace. V tomto období
se uskuteční kontrola zaměření antény, dráhové korekce, periodické prověrky
systémů a kalibrace přístrojů. Tyto zkoušky se plánují přibližně na 50 dní.
První takováto kontrola se uskuteční půl roku po průletu kolem Jupitera.
Po 5 miliardách km letu se sonda přiblíží ke svému hlavnímu cíli.
Aby byly splněny všechny úkoly mise, musí New Horizons minout Pluto
v koridoru o průměru pouhých 300 km. Během přibližování
k planetě budou kamery sondy provádět detailní snímkování přibližujícího
se cíle. Na základě nich bude stanoveno, zda se plavidlo pohybuje správným
směrem. Tento postup se nazývá optická navigace. Pomocí malých hydrazinových
motorků má sonda možnost provádět drobné dráhové korekce.
Vědecké přístroje zahájí průzkum soustavy Pluta šest měsíců před největším
přiblížením. Tři měsíce před příletem, ve vzdálenosti asi 100 mil. km,
budou již kamery sondy schopny pořídit první mapy neznámých světů. Pluto
se otočí kolem osy za 6.4 dne. Poslední čtyři dny před příletem budou
přibližující se Pluto a Charon snímkovány a spektroskopicky měřeny každého
půl dne. Tato série snímků má kromě topografických účelů za úkol zachytit
případné krátkodobé změny vázané na slabou atmosféru planety.
Nejintenzivnější výzkum je stanoven na období vymezené 12 hodinami
před příletem a po průletu kolem Pluta. V časovém rozmezí budou
v činnosti všechny vědecké přístroje. Nejlepší snímky by měly mít
rozlišení umožňující zachytit povrchové detaily o rozměru 25 m. Krátce
po největším přiblížení vstoupí sonda do stínu planety. Současně se schová
za kotouč Pluta i z hlediska pozemského pozorovatele. V okamžiku
vstupu do zákrytu a na výstupu z něho přijde ke slovu rádiový experiment,
na jehož základě se z deformace rádiového signálu dá získat další
řada poznatků o atmosféře.
New Horizons mine planetu nad jižní polokoulí. Pokud k setkání dojde
v červenci 2015, bude jižní hemisféra osvětlená a severní ve stínu.
Fázový úhel (úhel Slunce-Pluto-sonda) bude kolem 15°, což představuje
skvělé světelné podmínky pro dálkové pozorování. Maximální přiblížení se
odehraje ve vzdálenosti 10 tis. km od Pluta a 27 tis. km
od Charonu. Sonda proletí soustavou rychlostí 14 km/s.
Pokud bude schváleno prodloužení mise, bude příležitost zkoumat jeden až
dva objekty z Kuiperova pásu KBO [=Kuiper Belt Objects] o průměru
50 km či větším. Dva týdny po setkání s Plutem bude provedena
změna trajektorie, která by měla vést k prvnímu vzbranému tělesu KBO.
Tento cíl zatím nebyl stanoven. Určení dalšího směru letu se odkládá až
po splnění úkolů u Pluta. Není vyloučeno, že v této málo probádané
oblasti budou nalezeni další vhodní, dnes ještě neznámí kandidáti na setkání.
Do pátrání po vhodných aspirantech na návštěvu se zapojí i palubní přístroje
sondy. Prostor možné trajektorie stanice bude snímkována průběžně přístroji
LORRI a Ralph.
Let sondy bude pokračovat dále do prostor Kuiperova pásu a pak do mezihvězdného
prostoru. New Horizons totiž obdrží rychlost větší než činí úniková rychlost
ze Sluneční soustavy. Podobně jako dřívější průzkumníci Pioneer a Voyager
se již nikdy do našeho systému nevrátí.
Experimenty a výsledky
Vysokorozlišující kamera LORRI
[=Long Range Reconnaissance Imager]
Vedoucí výzkumného týmu Dr. Andrew F. Cheng.
Hlavním úkolem úzkoúhlé panchromatické kamery LORRI je pořídit snímky systému
Pluto-Charon z velké vzdálenosti tak, aby
bylo možno detailně naplánovat aktivity při průletu. Kamera je dále dimenzována
tak, aby byla schopna obrazově zdokumentovat celý povrch Pluta s rozlišením
40 km v časovém intervalu 3.2 dny před a po největším přiblížení.
LORRI je instalován na boku tělesa sondy na opačné straně, než se nachází
jaderný zdroj energie. Sestává z teleskopu s aperturou 0.208 m,
který soustředí světlo na desku CCD [=Charged Couple Device] o matici 1024x1024
obrazových bodů. Neobsahuje žádné filtry ani pohyblivé části. Zorné pole
přístroje obnáší 5.06x5.06 miliradiánů a rozlišení činí 0.00494 miliradián/pixel.
Tyto parametry dovolují zachytit podrobnosti na povrchu Pluta o velikosti
přibližně 100 m v okamžiku největšího přiblížení - toto záleží
na definitivní zvolené průletové trajektorii. Přístroj pracuje se světlem
o vlnové délce 350 až 850 nm.
Kamerový systém Ralph
Vedoucí výzkumného týmu Dr. Alan Stern.
Hlavním úkolem experimentu Ralph je pořídit barevné mapy s vysokým
rozlišením a mapy chemického složení povrchu Pluta a Charonu. Výsledkem
by měla být čtyřbarevná mapa denní strany s rozlišením 0.7 km/pixel,
vícespektrální mapa denní strany v blízké infračervené oblasti
s rozlišením 7 km/pixel a mapa vybraných oblastí s rozlišením
0.6 km/pixel. Dále by měl Ralph zjistit rozmístění ledu a rozložení
teplot na denní straně planety.
Experiment Ralph sestává ze dvou kanálů - multispektrální kamery ve
viditelném oboru MVIC [=Multispectral Visible Imaging Camera] a infračerveného
spektrometru LEISA [=Linear Etalon Imaging Spectral Array]. Oba používají
společnou aperturu teleskopu o průměru 6 cm. MVIC obsahuje zobrazovací
část, jejímž jádrem je matice 256x256 CCD se dvěma panchromatickými (450 až
1000 nm) filtry a čtyřmi barevnými filtry. Filtr pro pásmo 860 až
910 nm slouží především k detekci metanové jinovatky, dále jsou
k dispozici modrý (425 až 550 nm) a červený (540 až 700 nm)
a filtr pro blízké infračervené pásmo (780 až 1000 nm). Zorné pole má
rozměr 100 miliradián s rozlišením 20 mikroradián/pixel.
LEISA pokrývá vlnové pásmo od 1250 do 2500 nm. Zorné pole činí
15.9x15.9 miliradián a úhlové rozlišení 0.062 miliradián/pixel.
Přístroj Ralph a experiment Alice jsou součástí souboru přístrojů PERSI
[Pluto Exploration Remote Sensing Investigation].
Ultrafialový zobrazovací spektrometr Alice
Vedoucí výzkumného týmu Prof. Alan Stern.
Přístroj Alice je mapovací spektrometr pracující v ultrafialové oblasti.
Je určen ke studiu atmosféry planety Pluto. Vědeckým cílem je určit molový
podíl N2, CH4, CO a
Ar v atmosféře, změřit teplotní profil horní atmosféry, prozkoumat
systém Pluto-Charon z pohledu emisí vodíku
lyman-alfa a prostudovat přenos hmoty mezi Plutem a Charonem. Přístroj Alice
má být též použit k pátrání po atmosféře kolem měsíce Charon a objektů
Kuiperova pásu, s nimiž se eventuelně setká.
Alice pracuje ve dvou provozních módech. Buď může měřit vlastní vyzařování
(emise) atmosféry nebo používá zákrytovou metodu, při níž se měří deformace
světla Slunce či jasné hvězdy pozorované přes atmosféru. Přístroj detekuje
záření v rozsahu 52 až 187 nm se spektrálním rozlišením 0.183 nm.
Zorné pole pozorovací štěrbiny má rozměry 1.7x70 miliradiánu
s úhlovým rozlišením 1.7x5.2 miliradián/pixel. Zorné pole apertury
používané při zákrytovém módu má rozměr 35x35 miliradián.
Společně s kamerou Ralph je Alice součástí souboru přístrojů PERSI
[Pluto Exploration Remote Sensing Investigation].
Rádiový experiment REX
[=Radio Experiment]
Vedoucí výzkumného týmu Dr. G. Leonard Tyler.
Hmotnost zařízení 1 kg, elektrický příkon 2.1 W.
V rámci rádiového experimentu se používá telekomunikační systém sondy
a parabolická anténa o průměru 2.1 m. Toto zařízení slouží rovněž
rádiometrickým měřením u Plura, Charonu a objektů Kuiperova pásu. V okamžiku,
kdy se sonda na své trajektorii dostává z pohledu pozemského pozorovatele
za zkoumané těleso, lze pomocí rádiové sondáže zjišťovat mj. hustotu ionoséry
a teplotu a tlak atmosféry v různých výškách nad povrchem. Slabé vlny
v rádiovém pásmu emitované z povrchu mohou ukázat rozdíly mezi
teplotou na denní a noční straně. U malých kosmických těles, jako jsou např.
předpokládané objekty Kuiperova pásu a měsíc Charon se tímto experimentem
dají detekovat stopy slabé atmosféry. Malé poruchy v dráze prolétající
sondy způsobené gravitačním polem a zjištěné na základě změn v rádiovém
signálu dovolují určit hmotnost míjených těles. Obdobně se dá stanovit průměr
na základě změřené délky ztráty signálu za objektem.
Experiment REX sestává z desky tištěných spojů obsahující elektroniku
zpracovávající rádiový signál, která tvoří doplněk standardního telekomunikačního
systému. Telekomunikační okruhy (vyjma antény) jsou zálohované, proto rovněž
deska REX je zdvojená. REX pracuje s vlnovou délkou 4.1 cm a má
efektivní zorné pole s úhlovým rozlišením 20 miliradián. Odstup
signálu a šumu obnáší 55 dB. Součástí zařízení je ultrastabilní oscilátor,
který udržuje rádiové impulsy s přesností 10-13
v sekundových intervalech.
Detektor prachových částic SDC, resp. VBSDC, resp. Venetia
[=Student Dust Counter], [=Venetia Burney Student Dust Counter]
Vedoucí výzkumného týmu Dr. Mihaly Horonyi.
Hmotnost zařízení 1.9 kg, elektrický příkon 5 W.
Čítač kosmického prachu SDC je příspěvek k projektu dodaný z univerzitního
prostředí. Zařízení bylo navrženo studenty a měří koncentraci prachových
částic ve vnějších oblastech solárního systému. Je schopen měřit četnost
a energii zásahů malých tělísek o hmotnosti od 4E-12 g do 4E-9 g.
Přístroj sestává ze dvou částí, sestavy detektoru o rozměru 0.321x0.467 m
se sběrnou plochou 0.125 m2 a boxu elektroniky.
Během letu byl detektor přejmenován na VBSDC [=Venetia Burney Student Dust Counter],
popřípadě zkráceně Venetia na počest studentky, která v roce 1930 navrhla
jméno pro nově objevenou "devátou" planetu.
Spektrometr nabitých částic PEPSSI
[=Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation]
Vedoucí výzkumného týmu Dr. Ralph L. McNutt Jr.
Přístroj je určen k detekci iontů u Pluta a stanovení míry úniku složek
atmosféry do volného vesmíru. PEPSSI je teleskop, který zjišťuje ionty a
elektrony v širokém rozsahu energií přicházejících z různých směrů.
Sestává ze dvou částí, sekce ToF [=time-of-flight], měřící dobu průletu
částice, a detektorové matice na pevné bázi. Matice je složena ze šesti
ze šesti plochých detektorů obsahujících dva elementy na registraci iontů
a dva na registraci elektronů. Zorný úhel činí 160x12°, přičemž úhlové
rozlišení dosahuje 25x12°. Přístroj je určen ke studiu protonů o energiích
25 až 1000 keV, iontů 60 až 1000 keV a elektronů 25 až 500 keV.
Přístroje PEPSSI a SWAP jsou součástí souboru spektrometru PAM určeného ke
studiu plazmy a vysokoenergetických částic.
Detektor slunečního větru SWAP
[=Solar Wind at Pluto]
Vedoucí výzkumného týmu Dr. David J. McComas.
Hmotnost zařízení 3.2 kg, elektrický příkon 2.3 W.
Detektor slunečního větru je proveden jako toroidní elektrostatický analyzátor
nízkoenergetické plazmy a analyzátor zpožďujícího potenciálu. Je navržen pro
měření částic slunečního větru v blízkosti Pluta, což by mělo určit,
zda má Pluto magnetosféru a stanovit únik částic atmosféry do kosmu. Periodicky
má být aktivován i během přeletové fáze a při tom měřit parametry slunečního
větru v meziplanetárním prostředí. SWAP měří energetické částice
v rozsahu 0.03 až 6.5 keV s rozlišením 1 eV pro energie menší
než 2 keV a s přesností 9% pro vyšší energie. Zorné pole má velikost
270x10° s přesahem až dalších 15° Přístroje PEPSSI a SWAP jsou
součástí souboru spektrometru PAM určeného ke studiu plazmy a vysokoenergetických
částic.
Fotogalerie obsahuje celkem 21 obrázků, nejnovější byl přidán 2006-12-17.
Počet reakcí: 17
Poslední: 2009-10-20 14:39:02
|