Sonda BepiColombo se potřetí přiblížila k Merkuru a poslala čerstvé snímky

Evropsko-japonská sonda BepiColombo odstartovala na podzim 2018 a k Merkuru doputuje až na konci roku 2025. Její první návrhy vznikly sice už v květnu 1993, projekt byl ovšem schválen a vybrán k realizaci až v říjnu 2000, a to v rámci tzv. cornerstone misí neboli základních kamenů výzkumu či vlajkových lodí kosmických agentur: Definují se jako nejnákladnější projekty světové úrovně s vysokým vědeckým potenciálem, jejichž uskutečnění vyžaduje významný pokrok v technologickém vývoji. A právě uvedená definice zapříčinila mnohonásobný odklad startu a nejedno ohrožení celé existence fascinující sondy.

Ambiciózní plány…

Původní návrhy multioborové mise BepiColombo byly nesmírně ambiciózní a komplexita, s jakou se automat projektoval, neměla obdoby. Počítalo se totiž se sestavou tří samostatných sond, které by k Merkuru dopravila dvojice transportních modulů, přičemž existoval scénář pro start na jedné raketě, ale i na dvou. Vědeckou část mise měla tvořit hlavní družice Mercury Planetary Orbiter (MPO), menší zařízení Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) a přistávací modul s malým pásovým vozítkem Mercury Surface Element (MSE). K cíli by je dopravilo duo modulů Solar Electric Propulsion Module (SEPM) a Chemical Propulsion Module (CPM): První měl zajistit přelet k Merkuru a pomalé přiblížení, zatímco druhý vstup na oběžnou dráhu planety a transport vědeckých nákladů na plánované orbity.

Start se původně plánoval na rok 2008 při použití dvou raket Sojuz, nebo na rok 2009 s jediným silným nosičem Ariane 5. V obou případech měla sonda BepiColombo dorazit k Merkuru v roce 2011.

… versus tvrdá realita

Klíčový prvek při cestě revoluční sondy měl tvořit iontový pohon transportního modulu SEPM. V roce 2000 však Evropská kosmická agentura (ESA) neměla se slibnou technologií žádnou operační zkušenost! Dosud jediného významného využití iontového motoru dosáhla americká NASA se sondou Deep Space 1 o pouhé dva roky dřív. Premiéra pro ESA měla teprve přijít s měsíční misí SMART-1, která startovala až v roce 2003. Šlo o jeden z důvodů existence hned dvou přeletových modulů: V případě neúspěchu SEPM s iontovým pohonem by jej částečně nahradil CPM, a podařilo by se tak splnit alespoň část stanovených vědeckých cílů.

Krátce po získání financí na zahájení vývoje a postup do dalších fází projektu byla ohrožena existence přistávacího modulu MSE. Ukázalo se, že povrchová sonda s vozítkem by byla oproti očekáváním výrazně těžší a vyžadovala by start třetí rakety. Navíc přišly i rozpočtové škrty, a přistávací modul MSE tak v roce 2003 z plánů definitivně zmizel.

Technologická a finanční náročnost vývoje a konstrukce BepiColombo přesto hnala rozpočet nad prvotní očekávání a start se každý rok posouval. Mimo to se postupně měnil i design sondy. Dvě vědecké družice MPO a MMO zůstaly víceméně stejné, razantního přepracování se však dočkala dvojice transportních modulů. Vzhledem k pozitivním zkušenostem se solárně-elektrickými pohony se CPM s klasickým chemickým pohonem škrtnul a jeho roli při dopravě dvou satelitů na cílové oběžné dráhy převzala vědecká družice MPO. Druhý z dvojice, SEPM, se pak transformoval do pokročilého přeletového modulu Mercury Transfer Module (MTM).

Kolem roku 2011 byla konstrukce BepiColombo v podstatě hotová a nastalo dlouhé období důkladného testování. Přinášelo však další komplikace a odklady startu, navíc se prodlužovala i doba potřebná pro přelet k Merkuru. Konečné datum vzletu se zastavilo až na 20. říjnu 2018, kdy motory evropské rakety Ariane 5 zaburácely nočním tichem tropického pralesa, obklopujícího kosmodrom CSG v Kourou ve Francouzské Guyaně.

Sedmiletý pád ke Slunci

Přestože se Merkur nachází v našem planetárním sousedství, mise k němu je velmi složitá. Proto se ostatně k první planetě Sluneční soustavy dosud vydalo tak málo robotických průzkumníků. Při cestě k cíli je nejdřív potřeba výrazně zpomalit z rychlosti 30 km/s, jíž sonda spolu se Zemí obíhá kolem Slunce, načež začne automat doslova padat k centrální hvězdě. Pouť do nitra našeho planetárního systému totiž znamená přibližování ke Slunci, které svou nesmírnou gravitační silou sondu přitahuje. Při putování vesmírným vakuem, jež neklade žádný odpor, tak zařízení neustále zrychluje po dobu několika měsíců! Výsledná rychlost při příletu k Merkuru je tudíž nesmírně vysoká a při použití současných technologií nedokážeme průzkumníka zpomalit natolik, aby mohl vstoupit na oběžnou dráhu planety. Doprava jakéhokoliv tělesa na tamní orbitu je dokonce energeticky náročnější než jeho vyslání k předalekému Plutu!

Řešení vyžaduje vynalézavost, složité matematické výpočty a významnou pomoc okolních planet. Právě proto bude BepiColombo k blízkému Merkuru putovat dlouhých sedm let. Využije totiž rekordních devět gravitačních manévrů u tří planet.

Šest manévrů má již sonda úspěšně za sebou: Nejdříve využila gravitaci Země (duben 2020) a poté dvakrát prolétla v blízkosti Venuše (říjen 2020 a srpen 2021). Přiblížení k Merkuru využije sonda hned šestkrát a polovinu z toho má již za sebou (říjen 2021, červen 2022 a červen 2023). Zbývající tři průlety jsou naplánované na září a prosinec 2024 a poslední v lednu 2025. Na počátku prosince 2025 by se měla sonda usadit na oběžné dráze Merkuru. Celkově průzkumník na pouti k cíli urazí devět miliard kilometrů, uskuteční 18 oběhů Slunce a jeho nejvyšší rychlost dosáhne těžko představitelných 60 km/s.

Tajemný svět

Mezinárodní mise BepiColombo sestává ze dvou samostatných vědeckých družic a přeletového modulu. Za konstrukci a provoz první z nich, nazvané Mercury Planetary Orbiter, odpovídá Evropská kosmická agentura. MPO se usadí na nízké polární dráze, bude planetu obíhat ve výšce 400–1 500 km a podrobně zmapuje celý její povrch. Na palubě nese 11 pokročilých vědeckých přístrojů, které se mají věnovat zejména topografii, geologii, chemickému složení povrchu i podpovrchových vrstev, mineralogii, struktuře a dynamice planetárního jádra, exosféře, magnetickému i gravitačnímu poli a dalším aspektům.

Nejnovější snímky Merkuru, jak jej zachytila sonda BepiColombo během svého posledního průletu, 19. června 2023. Nejblíže povrchu se sonda přiblížila na 236 km. (foto: ESA/BepiColombo/MTM, CC BY-SA 3.0 IGO)

Za vědeckou družicí Mercury Magnetospheric Orbiter pak stojí Japonská kosmická agentura (JAXA). V porovnání s evropským kolegou je automat výrazně menší, jednodušší a nese „jen“ pět vědeckých přístrojů. Důležité však je, že bude obíhat po vysoce eliptické dráze a zaměří se na jiné oblasti bádání než MPO. Parketou japonské sondy se stanou magnetická pole a magnetosféra, sluneční vítr a vysokoenergetické částice, blízká i vzdálená elektrická pole, plazmové a rádiové vlny, meziplanetární prach a exosféra. 

Obě družice budou řadu pozorování vykonávat nezávisle na sobě, ale jinde je naopak žádoucí jejich úzká spolupráce a vzájemné doplňování. Jen díky tomu bude možné získat podrobná měření ze dvou různých míst současně. Všech 16 vědeckých přístrojů BepiColombo prozkoumá Merkur s dosud nevídanou přesností a širokým záběrem do mnoha oborů. Zařízení pracují většinou samostatně, ale teprve společně fungují jako sehraný tým, který nám snad díky dílčím objevům a pozorováním poskytne odpovědi na nejpalčivější otázky o vzniku a vývoji planety a jejích největších záhadách. 

Kosmický tahač

Poslední z hlavních součástí mise BepiColombo tvoří transportní modul MTM, s úkolem dopravit uvedenou vědeckou dvojici do její destinace, a zajistit tedy hlavní pohon, orientaci a korekci dráhy. Jedná se tudíž o jakýsi kosmický tahač.  Mercury Transfer Module má solárně-elektrický pohon v podobě čtyř iontových motorů T6 na xenon. Uvedený typ je vysoce efektivní a oproti klasickým chemickým raketovým motorům vyžaduje zlomek paliva, což znamená nemalou úsporu hmotnosti. Na druhou stranu jeho tah dosahuje pouhých několika newtonů, tudíž musí být v chodu celé týdny či měsíce. K funkčnosti rovněž vyžaduje značné množství elektrické energie. Proto má MTM dvojici solárních panelů o rozpětí 30 m a ploše 42 m².

Promyšlený jízdní řád

Těsně před finálním přiblížením sondy k Merkuru se od sestavy oddělí přeletový modul MTM, čímž se jeho mise završí. BepiColombo se pak velmi pomalu přiblíží k Merkuru a pomocí motorů družice MPO vstoupí na jeho oběžnou dráhu: 5. prosince 2025 se tak stane teprve druhou lidmi vyrobenou sondou u nejmenší planety Sluneční soustavy.

Následujících několik měsíců budou oba vědecké automaty putovat na své cílové orbity. Nejprve se oddělí japonský Mercury Magnetospheric Orbiter a krátce po něm i sluneční štít MOSIF, chránící jej dlouhých sedm let před zničujícím slunečním zářením. Od té chvíle bude MMO regulovat teplotu permanentní rotací a svým vysoce odrazivým povrchem. Poté bude evropský průzkumník MPO jako poslední kousek skládačky několik dalších týdnů klesat k planetě a nakonec se ustálí na nízké polární dráze, odkud se mu naskytne nejlepší výhled na každý kousek jejího povrchu.

Na jaře 2026 začne jednoletá základní mise, kterou bude možné o rok prodloužit. BepiColombo přinese velké množství nových poznatků, jež nám bezpochyby pomohou odhalit roušku tajemství Merkuru, ale také lépe pochopit vývoj planet a vznik života ve Sluneční soustavě.