Americká sonda Mars Odyssey 2001: Rekordman obíhá rudou planetu už 18 let

Bez jakékoliv nadsázky lze 2001 Mars Odyssey přirovnat k bájnému ptáku fénixovi, který vstal z popela. A to několikanásobně – u zrodu sondy totiž bylo hned několik kosmických selhání. 

Především se jednalo o neúspěch dvojice Mars Climate Orbiter a Mars Polar Lander, které zanikly při příletu k rudé planetě ve druhé polovině roku 1999. V prvním případě došlo k navigační chybě, přesněji k záměně metrických jednotek za imperiální, načež přístroj shořel v hustých vrstvách marsovské atmosféry. U druhé sondy zřejmě nastala špatná sekvence příkazů během přistání, po níž následoval neřízený pád. Kvůli absenci dat se však nikdy nepodařilo stanovit přesnou příčinu zkázy. 

NASA pochopitelně musela na tyto havárie reagovat. Bylo jasné, že dvojice sond plánovaná na rok 2001 se neuskuteční v plném rozsahu. Kosmická agentura do té doby razila velmi ambiciózní letový řád, který počítal s vypouštěním dvou sond – orbitální a přistávací – zhruba každé dva roky (tedy v době, kdy se otevíralo startovací okno a obě planety se dostaly do příhodného postavení). Umožňovalo to sice rychlý postup vpřed, ale neexistoval dostatečný prostor k odstranění případných chyb.

Staronové plány

Necelé tři měsíce po zkáze Mars Polar Landeru tak došlo v únoru 2000 ke zrušení přistávací mise, která měla původně startovat v březnu následujícího roku. Sonda byla přitom prakticky kompletní, k dokončení chyběly pouhé čtyři měsíce. Hotové bylo rovněž její šestikolové automatické vozítko Marie Curie o délce 1 m a výšce 0,5 m. Přesněji řečeno, mise se z roku 2001 nejprve přesunula na rok 2003, načež ji NASA zrušila definitivně. Jelikož se nikdy nepodařilo zjistit přesnou příčinu zániku Mars Polar Landeru, nechtěla agentura riskovat vyslání prakticky totožné výpravy.

Aby se NASA od série neúspěchů zcela odstřihla, zrušila stávající průzkum rudé planety pojmenovaný Mars Surveyor a založila nový s názvem Mars Exploration. Oba však mají téměř stejný úkol: především pátrat po vodě a vodou modifikovaných útvarech.

Pokud jde o plán expedic, nově už se neměly vysílat dva automaty v jednom okně, nýbrž pouze jeden, se střídáním mise orbitální a přistávací. Na rok 2001 se počítalo s družicovým průzkumníkem, na rok 2003 s dlouhodobě pracujícím vozítkem, poté s výkonnou snímkovací družicí, na rok 2007 s inovativním přistáním v rámci programu Mars Scout a následně s testem nové výsadkové technologie Mars Smart Lander. Na roky 2011 či 2014 pak připadal automatický odběr vzorků hornin a jejich návrat na Zemi.

Odkaz Mars Observeru

Kromě zkázy dvou misí z roku 1999 formovala sondu 2001 Mars Odyssey ještě jedna nepříjemná událost: zmařená expedice Mars Observeru ze srpna 1992. Zřejmě vinou konstrukční závady tehdy došlo těsně před příletem k cíli k nechtěnému kontaktu paliva s okysličovadlem. Následovala exploze, která misi za 980 milionů dolarů zničila. Průzkumník s původním názvem Mars Surveyor 2001 tak představoval novou šanci pro sadu přístrojů znehodnocených v roce 1992.

Mars Surveyor 2001 se původně konstruoval s nezvyklou technologií – s tepelným štítem odvozeným od přistávacích misí Viking a Pathfinder, přestože sám přistávací nebyl. Na orbitě Marsu měl totiž zakotvit pomocí metody aerobrakingu, tedy brzdění o atmosféru: Sonda dočasně sníží svoji oběžnou dráhu, takže prolétá horními vrstvami plynného obalu planety, čímž zpomaluje. Aerobraking s tepelným štítem je ovšem mimořádně náročný na přesnost navigace – brzdění je intenzivní, ale krátké. Pokud automat brzdí příliš daleko od planety, je naveden na velmi vysokou dráhu, nebo se jeho rychlost dokonce sníží tak málo, že zařízení pokračuje v cestě do meziplanetárního prostoru. Jestliže se naopak přiblíží příliš, může se vinou tepelného ohřevu poškodit, nebo i zničit.

Je také zajímavé, že kvůli vysokému sklonu dráhy u rudé planety měl Mars Surveyor 2001 startovat ze základny Vandenberg, a to jako první meziplanetární sonda v historii (nepočítáme-li průzkumníka Clementine, který se v lednu 1994 vydal k Měsíci). Kalifornská základna totiž umožňuje lety pouze na dráhy s vysokým sklonem, jež jsou naopak problematické při tradičních startech z mysu Canaveral.

Po zkáze revize

Po zániku misí z roku 1999 však prošel program Mars Surveyor důkladnou revizí, která zahrnovala zhruba 200 modifikací za 20 milionů dolarů. Kromě kontroly veškeré výrobní a provozní dokumentace se jednalo například o zlepšení navigace, uvádění všech jednotek v imperiálních i metrických mírách nebo o změnu profilu příletu. Z projektu zmizel aerobraking s využitím tepelného štítu a zůstalo jen klasické brzdění pomocí panelů slunečních baterií. Start se navíc přesunul z Kalifornie na Floridu. Sonda tak netradičně přelétala nad západní Evropou, což dovolilo využít evropské sledovací stanice.

Došlo také ke změně názvu na Mars Odyssey 2001, a to na počest knihy Arthura C. Clarka a filmu režiséra Stanleyho Kubricka. Oba autory požádala NASA o souhlas s použitím „jejich“ názvu – a oba nápad nadchl.

Usazování na dráze

Sonda dorazila na Floridu v lednu 2001 a na raketě Delta II vzlétla 7. dubna – tedy hned první den dvacetidenního startovacího okna. Podle plánu měla být navedena na takovou dráhu, aby Mars „minula“ o 450 000 km. Nesterilizovaný třetí stupeň rakety totiž neměl planetu zasáhnout a znečistit (dřív či později k tomu sice dojde, ale s přibývajícím časem se pravděpodobnost biologické kontaminace výrazně snižuje). Cílová dráha ovšem Mars míjela jen o 70 000 km, což svým způsobem představovalo milý bonus a úsporu cenného paliva při korekci letu. Pro představu: Ušetřilo se asi 18 kg hydrazinu, tedy přibližně dvanáctina celkového množství na palubě.

Sonda byla po startu ve skvělém stavu, „zlobil“ jen radiační monitor: Měl shromažďovat data a po čtyřech měsících je předat palubnímu počítači k odeslání na Zemi, ale nepředal nic. Dokonce se zdálo, že přestal fungovat definitivně. Po příletu k Marsu se jej však NASA pokusila restartovat – a ke všeobecnému překvapení úspěšně.

Čtyřiadvacátého října 2001 dorazil Mars Odyssey k cíli a zažehl hlavní motor, který nakonec pracoval 1 219 sekund. Šlo o napínavé okamžiky, protože deset minut po zážehu zmizela sonda – při pohledu ze Země – za rudou planetou. Prvotní dráha pak měla parametry 272 × 26 818 km a dobu oběhu 18,6 hodiny. O čtyři dny později zahájil automat aerobraking, když snížil nejkratší vzdálenost eliptické trajektorie k planetě (tzv. periapsidu) na 111 km a postupně dál až na 95 km. 

Sonda prováděla i první měření, jež ukázala, že je atmosféra Marsu velmi proměnlivá a její hustota se mění až o řád. Navíc i její teplota byla vyšší, než uváděly modely. Nesmíme zapomínat, že se zařízení pohybovalo prakticky po polární dráze, na které do té doby žádný stroj u rudé planety nepracoval.

Překvapení pod povrchem

Po dvou měsících byl aerobraking ukončen a periapsida se zvýšila na 201 km. Celková bilance zněla: Při 332 průletech horními vrstvami atmosféry se rychlost změnila o 1 km/s, což odpovídá spálení 200 kg paliva, které se tak ušetřilo.

Před koncem ledna 2002 se dráha změnila na kruhovou, s výškou 400 km a dobou oběhu pod dvě hodiny, načež začala plnohodnotná pozorování. Svůj nejdůležitější objev přitom Mars Odyssey uskutečnil během prvního měsíce práce: Odhalil vysokou koncentraci vodíku od šedesátého stupně jižně, což naznačovalo přítomnost velkého množství podpovrchového ledu, respektive jeho směsi s horninou. Podle později potvrzených modelů se v polárních oblastech voda nachází už v prvním decimetru pod povrchem a do hloubky 1 m má 30 % hmotnosti, tedy 50 % objemu. Je tak velmi dobře dostupná, což do budoucna otevírá obrovské možnosti: Například pilotované výpravy budou moct tyto zásobárny využívat k získávání vzduchu, vody či pohonných látek.

Severní pól své vodní tajemství nejprve střežil, protože tam vládla zima, kdy povrch pokrývá led z oxidu uhličitého. Ten však s nástupem jara roztál, a sonda našla vodu dokonce ještě blíž k povrchu. Zajímavé bylo i zjištění, že na Marsu nepanuje vodní rovnováha. Zřejmě tam před 400 tisíci let skončila doba ledová a planeta novou rovnováhu teprve hledá. Mars má navíc nestabilní rotaci a jeho osa se v čase výrazně vychyluje: V takových periodách se netvoří polární čepičky, ale napadnou kilometry závějí oxidu uhličitého v oblastech, jako je Olympus Mons nebo Tharsis.

TIP: Dobývání Marsu: Jak vypadal průzkum rudé planety v minulém století?

Gama-spektrometr přinesl dosud nejlepší důkazy o oceánech v jižních nížinách, když našel velké oblasti usazenin. V roce 2009 pak sonda změnila orientaci: Její hlavní kamera THEMIS původně směřovala dolů, zatímco nyní je natočená do boku. Má tak sice nižší rozlišení, zato může pořizovat stereosnímky nebo mapovat oblasti, nad kterými nikdy nepřeletěla.

Na důchod zatím nepomýšlí

Mise Mars Odyssey se opakovaně prodlužovala a nyní to vypadá, že by mohla družice pracovat i pro roce 2020. Stáří se ovšem na automatu projevuje. Už v letech 2005–2009 měl problémy, když pětkrát přešel do bezpečnostního módu kvůli softwarové závadě. V roce 2010 pro změnu selhalo zařízení pro natáčení slunečních baterií a komplikace se musela vyřešit přepnutím na záložní jednotku. V roce 2012 pak proběhly další dva přechody do bezpečnostního módu, navíc jen pár týdnů před příletem roveru Curiosity, jehož přistání měl Mars Odyssey sledovat.

Jakmile padne rozhodnutí o definitivním konci mise, bude sonda odeslána na vyšší dráhu, odkud nejméně padesát let nevstoupí do atmosféry Marsu – opět jako prevence biologického znečištění.