Iontový motor ze sci-fi proráží bariéru tisíciletí

Sondou Deep Space 1 zahajují Američané převratný program velmi riskantních, avšak velmi přínosných kosmických letů

Iontový motor ze sci-fi proráží bariéru tisíciletí

* NASA vyslala k dalšímu asteroidu další sondu. Banalita. Deep Space 1 má však principiálně týž pohon jako loď Enterprise ze sci-fi Star Trek - iontový motor. Sonda zahajuje program Misí nového tisíciletí, který zásadně mění přístup k výzkumu kosmického prostoru.
Kosmickou sondu, jež se má v červenci příštího roku setkat s asteroidem 1992 KD, vynesla 24. října nevelká raketa Boeing Delta II. Pokud vše půjde hladce, řídicí středisko za několik týdnů uvede do chodu iontový motor. Zní to bombasticky, málem jako objev nové hnací energie pro kosmické lodi, na nichž lidstvo jednou bude kolonizovat nové světy. Není to ovšem novinka.
"Už velmi dlouho víme, že v iontovém motoru se skrývá potenciál k dosažení velmi, velmi vysokých rychlostí. Tento aspekt dobře vystihuje Star Trek a je také tím, čeho dosáhneme s Deep Space 1," prohlásil vedoucí výpravy Marc Rayman z kalifornské Jet Propulsion Laboratory. Iontové motory se v kosmu zkoušely už několikrát.
Výjimečnost Deep Space 1 spočívá v tom, že je to první kosmická sonda, pro kterou proud iontů představuje hlavní hnací pohon. Těleso má tvar válce o výšce 2,5 metru a hmotnosti 454 kilogramů. Za své relativně malé rozměry vděčí právě svému motoru. Kdyby ji na cestě k asteroidu měřící 193 miliónů kilometrů měl pohánět běžný raketový motor na chemická paliva, spotřebovala by desetinásobek pohonných hmot. Díky tomu také vychází projekt relativně levně, a to na 152 miliónů dolarů.

Tah na úrovni listu papíru

Právě náklady přiměly NASA k přehodnocení způsobů výzkumu kosmického prostoru a vytvoření programu Mise nového tisíciletí. Kosmické programy minulých desetiletí, jako byl třeba Apollo s přistáním lidí na Měsíci, sice přinášely fantastické poznatky, ale také za fantastické ceny.
NASA už nemůže čerpat z velkorysých rozpočtů snadno odůvodnitelných hrozbou studenoválečnického nepřítele. Přesto chce na přelomu tisíciletí vysílat do hlubokého kosmického prostoru nikoli jednu velkou a nákladnou sondu řekněme za rok, ale menší, promyšlenější a efektivnější sondy třeba každý měsíc. Nový program počítá s rychlou stavbou sond dostatečně malých na to, aby je mohly vynášet nenákladné rakety, a přitom dostatečně rychlých, aby dosáhly svého cíle ještě v době, kdy mohou získat relevantní informace.
Sondy nového tisíciletí musí mít podle představ NASA dostatek vlastní inteligence, aby dokázaly vyřešit nepředvídatelné situace, aniž by k tomu potřebovaly štáby odborníků a nákladnou pozemskou infrastrukturu. Splnit tyto požadavky lze jedině s využitím vyspělých technologií. To ovšem znamená riskovat, protože nikdy není jisté, jak se nový systém zachová v nepředvídatelných situacích. Mise nového tisíciletí budou tedy těžit maximum z možností riskantních, ale velmi slibných technologií, bez nichž by nebylo možné zlevnit výzkum hlubokého kosmu.
Iontový pohon, stejně jako každý reaktivní motor, vyvrhává vysokou rychlostí částice paliva, čímž vzniká opačně působící síla, která těleso pohání vpřed. Deep Space 1 využívá k pohonu interakce elektrické energie získávané slunečními panely a paliva v podobě 37 kilogramů xenonu.
Atomy neutrálního plynu bombardované svazkem elektronů se dostávají do ionizovaného stavu, čímž získávají náboj. Díky tomu na ně může působit elektrostatické pole, které jim uděluje vysokou rychlost zhruba 100 tisíc kilometrů za hodinu. Modravý tok unikajících částic vyvolává reaktivní sílu, díky níž sonda získává stálé zrychlení.
Nedostatek zdánlivě ideálního pohonu spočívá v nízkém poměru tahu ke hmotnosti. Pro představu, tah iontového motoru sondy Deep Space 1 zhruba odpovídá síle, kterou pocítíte, když si na dlaň položíte list papíru. Působí však nepřetržitě. Každý den přispívá ke zrychlení sondy o 24 až 32 kilometrů za hodinu. Smysl to dává při dlouhodobých letech - za rok sonda zrychlí o 10 tisíc kilometrů za hodinu. Iontový motor přirozeně funguje pouze v kosmickém vakuu.

Samostatnost kam až to jde

Deep Space 1 využívá autonomní navigační systém, který jej má navést do vzdálenosti asi deseti kilometrů od asteroidu. Snižuje se tak závislost na pozemském řídicím středisku. Je to prý jako chtít po automobilu, aby si sám našel cestu z Los Angeles do Washingtonu, zaparkoval na určeném místě a zvládl to se spotřebou jednoho litru benzínu na sto kilometrů. Sonda obdařená vlastní "inteligencí" se dokáže učit ze svého manévrování. Na palubě nese desítku futuristických technologií, mezi nimi sluneční panely vybavené optickými čočkami, jež umožní získat více elektrické energie. Palubní radiomaják má informovat pozemní středisko o stavu sondy, aniž by se muselo dotazovat.
Pokud se NASA rozhodne k prodloužení 11měsíčního letu, Deep Space 1 proletí v roce 2001 v těsné vzdálenosti od komety Wilson-Harrington a snad navštíví i další kometu Borrelly. Kromě toho, že ověří, zda nové vědecké přístroje a technologie odpovídají požadavkům letů příštích kosmických sond, využije vzácné příležitosti k blízkému setkání se třemi rozličnými tělesy sluneční soustavy.
Druhou sondou programu Mise nového tisíciletí se má stát Deep Space 2, s jejímž startem se počítá v lednu příštího roku. Z její subsondy Mars Polar Lander se mají uvolnit dva penetrátory, jež proniknou povrchem Marsu v oblasti jižního pólu a budou analyzovat horninu.
Sondy Deep Space 1 i 2 s sebou nesou značná rizika daná technologiemi dosud neověřenými v kosmických aplikacích, avšak v zájmu toho, aby následující výpravy nemusely tatáž rizika podstupovat. I kdyby sondy z jakýchkoli příčin selhaly, poskytnou podklady k prevenci budoucích chyb. Za 39 měsíců, které stačily dovést Deep Space 1 od koncepčních prací na startovací rampu, což nemá u amerických planetárních sond obdoby, vyřešili odborníci množství problémů, jež by na papíře a v laboratorních testech zůstaly jen problémy.
Bořek Otava