Vesmír, nᚠdomov

* Gamma č. 103 (Vesmír, náš domov (XVIII.) - Venuše (II.))

Vydáno dne 05. 03. 2006 (3059 přečtení)

Vesmír, náš domov (XVIII.) - Venuše (II.) - první pokusy

Jak už bylo řečeno v Gammě096, sovětský kosmický výzkum se od poloviny šedesátých let soustředil na Venuši, ke které ruští vědci vyslali řadu sond. První z nich, Veněra 1 (vypuštěná 12. 2. 1961), brzo po startu ztratila spojení se Zemí a minula planetu o 100 000 km. Následovala dlouhá přestávka, během které se Sověti zaměřili na výzkum Měsíce (o tom si podrobně povíme v seriálu "Měsíční dobrodružství") a až po pěti letech v únoru 1966 vypustili další meziplanetární sondu. Veněra 2 vykonala blízký průlet kolem horké planety, a pak už začaly přípravy k přistání na Venuši.



Venuše - obraz ve viditelném světle(klikni)



Na začátku jedenadvacátého století nám zmínka o výpravě na cizí kosmické těleso možná připadá jako běžná záležitost. Abychom pochopili obtížnost úkolu, před který byli ruští konstruktéři postaveni, musíme se v duchu vrátit o čtyřicet let zpátky, do dob dávno minulých, které většina z vás nejspíš ani nezažila.


V polovině šedesátých let musela být myšlenka na přistání na jiné planetě, ke všemu tak pekelné jako je Venuše, pro kosmické inženýry hotovou noční můrou. Teprve v únoru 1966 se Rusům podařilo uskutečnit měkké přistání na Měsíci, když po několika letech frustrujícího experimentování se sondami tříštícími se na kusy o měsíční skály Luna 9 konečně měkce dosedla do Oceánu bouří (americký Surveyor 1 ji následoval o 4 měsíce později). Byla to nejen historická událost, ale také veliký triumf sovětské kosmonautiky a další propagandistické vítězství v nevyhlášeném kosmickém soupeření s USA, přestože tentokrát už Sověti Američany předstihli o jen fous. Ve srovnání s expedicí do venušanského pekla však bylo přistání v přívětivém měsíčním prostředí pouhým nedělním piknikem.


Předně, Měsíc je od Země vzdálen 384 000 km, čili něco málo přes jednu světelnou sekundu. Sondy musely být samozřejmě automatické, protože ruční řízení při velkých rychlostech přibližování k Měsíci nebylo možné, a v závěrečné fázi by i třísekundové zpoždění bylo osudné, ale přinejmenším to znamenalo, že korekce dráhy se daly v případě potřeby dělat na poslední chvíli a po přistání bylo možno dálkově ovládanou lopatičku řídit přímo.


Venuše však byla od Země v době přistání vzdálena několik světelných minut, a jakékoliv přímé řízení proto vůbec nepřipadalo v úvahu. Korekce dráhy se musely plánovat včas a počítat dlouho dopředu, a závěrečný vstup do atmosféry musela sonda provést zcela samostatně; dispečeři a konstruktéři v pozemním řídicím středisku mohli už jen sledovat údaje o sestupu, přicházející z velké dálky s několikaminutovým zpožděním, a tiše doufat, že jejich kosmické dítko si s tím těžkým úkolem poradí, jak bude nejlíp umět.


Kosmická navigace na cestě k Venuši vůbec nebyla jednoduchá; podobně jako k Měsíci ani tady nemohla sonda letět přímo k cíli, protože taková trasa by vyžadovala množství paliva, jaké ani dnes nedokáže žádná raketa ze Země vynést. Místo toho sonda letěla po elipse mířící daleko před planetu, stejně jako pes honící zajíce míří před něj. Dráha sondy byla v závěrečné fázi téměř rovnoběžná s oběžnou drahou Venuše a přibližovala se k němu jen pomalu, samozřejmě míněno v kosmických pojmech. Zatímco měsíční sondy urazily cestu k cíli za tři dny, Veněry potřebovaly na svou dalekou pouť tři a půl měsíce.


Na tomto místě bude užitečné podniknout krátký exkurz do mechaniky meziplanetárních letů. Předně, každá družice, která má být vynesena na oběžnou dráhu kolem Země, musí být po startu urychlena na tzv. první kosmickou (nebo také orbitální, tj. oběžnou) rychlost, která pro Zemi činí 7,9 km/s; laicky řečeno je to oběžná rychlost, jejíž odstředivá síla je rovna gravitační síle Země a udrží tedy družici na oběžné dráze. Má-li však poté obíhající družice opustit sféru přitažlivosti Země a vydat se na samostatnou pouť sluneční soustavou, musí být urychlena ještě víc, až na druhou kosmickou rychlost, tj. 11,2 km/s vůči Zemi. (Kdyby taková družice měla dokonce mezihvězdné ambice, potřebovala by k tomu třetí kosmickou rychlost, tj. 16,7 km/s, která by jí umožnila uniknout přitažlivosti Slunce a vydat se na samostatnou pouť mezihvězdným prostorem napříč Galaxií; to je případ amerických sond Pioneer 10+11 a Voyager 1+2 - viz Gammy č. 20, 22, 28 a 37. (Pro úplnost, opuštění naší Galaxie by pak vyžadovalo ještě vyšší rychlost, jejíž přesnou hodnotu v téhle chvíli nemám k dispozici, rozhodně však přesahuje 200 km/s, což je rychlost oběhu sluneční soustavy kolem jádra Galaxie). Dodejme, že druhé kosmické rychlosti musí dosáhnout nejen sondy letící k planetám, ale i výpravy k Měsíci.


Samotný let k jinému kosmickému tělesu, ať už je to Měsíc nebo planeta, lze pak z hlediska navigace1) provést v zásadě dvěma způsoby. V pozdější etapě vyspělé kosmonautiky, zejména při pilotovaných výpravách k Měsíci (časem se k nim také dostaneme) se dávala přednost metodě "parkovací oběžné dráhy": po příletu k cílovému tělesu se kosmická loď zabrzdí zpětným tahem motorů na orbitální rychlost (která je u cílového tělesa obecně jiná než u Země), a po důkladné kontrole všech systémů a přípravě na závěrečný sestup je dalším brzdným zážehem přistávací sekce uvedena na sestupovou trajektorii2) mířící z oběžné dráhy k povrchu kosmického tělesa. Druhou možností, navigačně jednodušší, ale dražší z hlediska paliva a celkově méně bezpečnou a dnes už prakticky nevyužívanou, je přímý vstup do atmosféry bez přechodu na oběžnou dráhu. Právě tuto metodu zvolili konstruktéři Veněry 4; tehdejší úroveň sovětské elektroniky a navigační techniky neumožňovala automaticky provádět s dostatečnou spolehlivostí složité manévry přechodu na oběžnou dráhu z meziplanetární trajektorie.


Za jednoduchost bylo ovšem nutno zaplatit jistou cenu, a tou byla rychlost vstupu sondy do atmosféry. Jak už bylo řečeno, Veněry se k Venuši přibližovaly po protáhlé elipse, která se v úvodní fázi letu jen zvolna, téměř rovnoběžně blížila k dráze planety. Teprve v samém závěru letu se obě trajektorie proťaly pod větším úhlem, a jelikož rychlost sondy cestou rostla díky přitažlivosti Slunce, znamenalo to, že se přistávací modul vnořil do atmosféry velmi vysokou rychlostí. Tedy ani ne vnořil jako spíš vřítil: rychlost vstupu přesahovala 11 km/s a teplota rázové vlny na několik sekund dosáhla až 11 000 stupňů Celsia. Na rozdíl například od návratové fáze měsíčních výprav Apollo, modul Veněry (opět v zájmu co nejjednodušší navigace) vstupoval do atmosféry pod poměrně kolmým úhlem, takže v prvních třech sekundách aerodynamického3) brzdění měla rychlost klesnout z 11,5 km/s na 200 m/s při záporném přetížení4) dosahujícím neuvěřitelných 350 g. Tohle děsivé číslo bylo pro konstruktéry modulu nejhorší překážkou. Když začali testovat první prototypy, po zastavení centrifugy5) vybírali z přistávací "koule" jen ocelové třísky. Jediná uvolněná matička dokázala za takových poměrů úplně rozmetat celé vnitřní vybavení. Vymetli tedy z pouzdra piliny, namontovali nové přístroje, utáhli šrouby ještě pevněji, zkusili to znova, a zase se z modulu sypal jen rozdrcený šrot. Potřetí už se jim podařilo běsnící sílu zkrotit. První problém vyřešen; čekalo jich ještě mnoho.


Přežije-li sonda ten strašlivý úder deceleračního6) kladiva, zdaleka ještě nemá vyhráno: jejím dalším nepřítelem je tlak, který bude během sestupu atmosférou stále stoupat, až nakonec na povrchu Venuše dosáhne devadesátinásobku pozemské hodnoty. Když ze zkušební tlakové komory vyjmuli první prototyp kulového přistávacího pouzdra, ocelové jádro vypadalo jako obrovský ořech prokousnutý nějakým velikým hladovým zvířetem. Opět bylo třeba několika pokusů, než se podařilo sestrojit konstrukci, která by odolala ďábelským podmínkám atmosférického sestupu.


Atmosféra, přestože sama o sobě představovala největší problém, aspoň jednu věc usnadnila: na rozdíl od Měsíce tady mohla sonda přistát pomocí padáku, který ušetřil velké množství paliva, jehož by jinak bylo zapotřebí k brzdění sestupu. Aby to ale nebylo tak jednoduché, na povrchu planety čekalo sondu prostředí o teplotě 470 stupňů Celsia, při níž olovo teče jako voda. Trvalé fungování palubních přístrojů bylo za takových podmínek samozřejmě nemyslitelné; jediné, co mohli konstruktéři učinit, bylo vybavit sondu nejlepší možnou tepelnou izolací a pak doufat, že stihne vyslat z povrchu planety potřebné údaje dřív, než se v nezadržitelně stoupající vnitřní teplotě elektronika doslova uvaří.


Pět let po prvním neúspěchu tedy začala další expedice, kterou Sověti tentokrát pojali ve velkém stylu. Na nebezpečnou cestu se vydaly hned dvě souběžně letící tunové družice; takovou výpravu k planetám do té doby nikdo nepodnikl. 12. listopadu 1965 odstartovala Veněra 2 a o čtyři dny později ji následovala Veněra 3. Zatímco Veněra 2 v únoru 1966 kolem planety pouze proletěla, její družka Veněra 3 prvního března 1966, necelý měsíc po historickém úspěchu Luny 9, pomocí přistávacího padáku na Venuši měkce dosedla. Její rádiový signál umlkl ještě během sestupu. Bez ohledu na to bylo jaro 1966 hvězdnou chvílí sovětské bezpilotní kosmonautiky: dvě první měkká přistání na kosmických tělesech za jediný měsíc, to byl brilantní úspěch, jehož obtížnost vynikne ještě víc, vezmeme-li v úvahu, s jak primitivní technikou (z dnešního pohledu) bylo těchto výsledků dosaženo.

Veněra 3 tak získala první cenné zkušenosti, které připravily cestu jejím následnicím; o nich příště.

Vysvětlivky

1) navigace = nauka o výpočtu trasy; latinsky navigare = plavit se. Viz například námořnické úsloví starých Římanů:
Navigare neccesse est; vivere non neccesse est (je nutno plout; žít není nutno)
2) trajektorie = trasa, dráha pohybu; výraz se obvykle používá pro dráhy zakřiveného tvaru.
3) aerodynamika = nauka o chování a vlastnostech proudícího vzduchu a plynů obecně; aerodynamický = využívající vlastnosti proudícího plynu, v tomto případě aerodynamického odporu, s jehož pomocí se vyvozuje brzdící účinek.
4) 1 g ("g" jako gravitační) je jednotka zrychlení, kterému je volně padající těleso podrobováno na zemském povrchu, tj. 9,81 m/s2. Jestliže v případě Veněry dosahovalo zrychlení 350 g neboli třistapadesátinásobek zemské tíže, plyne z toho, že kilogramové závaží na palubě přistávacího modulu získalo během vrcholícího přetížení tíhu tři a půl metráku. Sportovní auto, které zrychlí z nuly na 100 km/h za pět sekund, vás zatlačí do sedadla dopřednou akcelerací 0,5 g; při startu raketoplánu dosahuje zrychlení hodnoty až 3 g, a maximální hodnota přetížení, kterou může člověk přežít po dobu řádově desetin sekundy za cenu menších vnitřních zranění, se udává kolem 20 g. Zde tedy mluvíme o hodnotách ještě dvacetkrát vyšších: přístroje musely vydržet takové zrychlení, jako kdyby s nimi auto s dvoumetrovou deformační zónou narazilo do zdi rychlostí 120 km/h. A aby toho nebylo málo, zatímco při crash-testu takové přetížení působí pouhé tři setiny sekundy, sonda mu byla podrobena po celé tři sekundy.
5) centrifuga = pokusný "kolotoč" ve tvaru dlouhého rotujícího ramene, na jehož konec se umístí testovaný jedinec nebo zařízení; výsledné přetížení je úměrné rychlosti otáčení ramene.
6) decelerace = záporné zrychlení, opak akcelerace

Prameny:

Zdeněk Kopal: Vesmírní sousedé naší planety
Milan Codr: Vesmír dokořán

http://www.seds.org/nineplanets/nineplanets/
http://astrokrouzek.wz.cz/venuse/
http://www.solarviews.com/browse/venus/venusmar.jpg
Přiložený obrázek Venuše ve viditelném světle je z http://www.seds.org/billa/tnp/pxvenus.html.



Související články:
Apollo 11 (08.09.2019)
Gamma č. 195 (Vesmír, náš domov (IXX.) - Exoplanety (16.01.2011)
Gamma č. 163 (Vesmír, náš domov (IXX.) - planetka Apophis) (26.03.2006)
Gamma č. 156 (Vesmír, náš domov (XXVIII.) - přistání na Titanu) (25.03.2006)
Gamma č. 150 (Vesmír, náš domov (XXVII.) - Mars (VIII.)) (18.03.2006)
Gamma č. 138 (Vesmír, náš domov (XXVI.) - Mars (VII.)) (16.03.2006)
Gamma č. 136 (Vesmír, náš domov (XXV.) - Mars (VI.)) (16.03.2006)
Gamma č. 135 (Vesmír, náš domov (XXIV.) - Mars (V.)) (15.03.2006)
Gamma č. 134 (Vesmír, náš domov (XXIII.) - Mars (IV.)) (15.03.2006)
Gamma č. 133 (Vesmír, náš domov (XXII.) - Mars (III.)) (15.03.2006)
Gamma č. 132 (Vesmír, náš domov (XXI.) - Mars (II.)) (15.03.2006)
Gamma č. 131 (Vesmír, náš domov (XX.) - Mars (I.)) (14.03.2006)
Gamma č. 128 (Vesmír, náš domov (XIX.) - Heliopauza) (12.03.2006)
Gamma č. 096 (Vesmír, náš domov (XVII.) - Venuše (I.)) (28.02.2006)
Gamma č. 091 (Vesmír, náš domov (XVI.) - Merkur (III.)) (24.02.2006)
Gamma č. 085 (Vesmír, náš domov (XV.) - Merkur (II.)) (22.02.2006)
Gamma č. 083 (Vesmír, náš domov (XIV.) - Merkur (I.)) (21.02.2006)
Gamma č. 078 (Vesmír, náš domov (XIII.) - Měsíc (VI.)) (21.02.2006)
Gamma č. 075 (Vesmír, náš domov (XII.) - Měsíc (V.)) (17.02.2006)
Gamma č. 072 (Vesmír, náš domov (XI.) - Měsíc (IV.)) (16.02.2006)
Gamma č. 064 (Vesmír, náš domov (X.) - Měsíc (III.)) (15.02.2006)
Gamma č. 057 (Vesmír, náš domov (IX.) - Měsíc (II.)) (14.02.2006)
Gamma č. 054 (Vesmír, náš domov (VIII.) - Měsíc (I.)) (09.02.2006)
Gamma č. 053 (Vesmír, náš domov (VII.) - Země (VII.)) (09.02.2006)
Gamma č. 053a (Povídka o Zemi) (09.02.2006)
Gamma č. 044 (Vesmír, náš domov (VI.) - Země (VI.)) (08.02.2006)
Gamma č. 027 (Vesmír, náš domov (V.) - Země (V.)) (31.01.2006)
Gamma č. 026 (Vesmír, náš domov (IV.) - Země (IV.)) (31.01.2006)
Gamma č. 024 (Vesmír, náš domov (III.) - Země (III.)) (28.01.2006)
Gamma č. 018 (Vesmír, náš domov (II.) - Země (II.)) (26.01.2006)
Gamma č. 013 (Vesmír, náš domov (I.) - Země (I.)) (25.01.2006)


Celý článek | Autor: Jarda Pecka | Počet komentářů: 6 | Přidat komentář | Informaèní e-mailVytisknout článek


©2001 Zbyněk Slába, grafické prvky - Renáta Řehová
Stránky byly vytvořeny s využžitím redakčního systému: PhpRS