Triumf improvizace: Družice Hajabusa přivezla vzorky z planetky

Náklady mise Hajabusa neboli Sokol se začaly rýsovat v červnu 1985, kdy se na půdě japonské instituce ISAS, tedy Institute of Space and Astronautical Science, konal první workshop na téma „návrat vzorků hornin z kosmických těles“. Problematika nesmírně zaujala širokou škálu odborníků, protože taková expedice znamená několikanásobnou výzvu. Podobná sonda představuje technický i technologický unikát, její přínos pro vědu je obrovský a zároveň se jedná o atraktivní záležitost i pro laiky.

Není tedy divu, že už koncem roku 1986 vznikl první návrh mise a v roce 1994 považovalo vedení ISAS projekt za natolik zralý, že o rok později požádalo o přidělení finančních prostředků. Program se setkal s pozitivním ohlasem, a tak ho japonská vláda schválila k realizaci počínaje rozpočtovým rokem 1996.

Kam poletíme?

Podle původních plánů se cílem sondy měla stát planetka Nereus. Start by se uskutečnil v červenci 2002, o rok později by došlo k vesmírnému setkání a v červnu 2006 by vše završil návrat vzorků na Zemi. Na počátku se jednalo o společný projekt s americkou NASA, jež měla poskytnout síť svých komunikačních stanic DSN (Deep Space Network) pro sledování letu, některé technologie a zařízení – například pro zkoušky tepelného štítu návratového pouzdra –, laboratorní vybavení k rozboru získaných vzorků a také miniaturní automatické vozítko.

Jenomže málokterý projekt se uskuteční podle plánů a Hajabusa (původně označovaná jako Muses-C) nepředstavovala výjimku. Do jejího osudu zasáhlo hned několik událostí, především odklad startu kvůli technickým problémům s nosnou raketou M-V, jež v únoru 2000 havarovala. Následovaly komplikace na straně NASA, které vyvrcholily výrazným omezením spolupráce a vyškrtnutím vozítka, jehož vývoj se začal neúměrně prodražovat.

Změny kromě jiného znamenaly, že sonda nestihne startovací okno pro let k planetce Nereus. A tak bylo nutné najít náhradní cíl. Stala se jím planetka 1998 SF36, přičemž ke startu mělo dojít v závěru roku 2002, k setkání s cílovým tělesem v září 2005 a k návratu vzorků v červnu 2007. Technické problémy s nosnou raketou zapříčinily ještě jeden půlroční odklad startu, nicméně cílové těleso bylo tentokrát zvoleno tak, že to nevadilo. Planetka mezitím dostala i poněkud poetičtější jméno (25143) Itokawa, po japonském raketovém pionýrovi Hideu Itokawovi.

Dlouhá cesta k Itokawě

Rok po startu v květnu 2003 absolvovala Hajabusa gravitační manévr u Země, přičemž ji minula o 3 725 km. Podle původního plánu se měla s planetkou setkat v červnu 2005. Jenomže kvůli částečnému poškození slunečních baterií nedisponovaly iontové motory dostatkem energie, takže měly nižší výkon, než se předpokládalo. Sonda tudíž dorazila na místo „schůzky“ později – a planetka samozřejmě nečekala. Naštěstí se s případnými překážkami podobného charakteru počítalo, koneckonců jeden z cílů mise zněl právě „otestovat iontový pohon“. Datum dosažení cíle nebylo v tomto případě tak kritické jako třeba u průletových automatů nebo stanic, které se mají stát umělými družicemi velkých planet. Celý setkávací manévr se zkrátka jen odložil.

V červenci 2005 se však objevily první skutečně vážné technické problémy. U jednoho z trojice stabilizačních gyroskopů došlo k prudkému zvyšování tření, takže nakonec musel být odstaven. Závada nicméně neměla na průběh mise zásadní vliv, protože sonda může letět i se dvěma funkčními gyroskopy. Ještě před koncem července přitom navázala první vizuální kontakt s Itokawou. Díky několika velmi nejasným snímků z poloviny prázdnin, které doplnila radarová pozorování, bylo možné zpřesnit údaje o trajektorii letu planetky a průběžně upravovat pohyb sondy k cíli.

Přistála, nebo ne?

Dne 28. srpna 2005 se vypnuly iontové motory a veškeré další manévry zajišťoval chemický pohon. Celková kumulovaná doba činnosti iontových motorů přitom dosáhla 25 800 hodin, což stačilo ke změně rychlosti sondy o 1 400 m/s, a spotřebovalo se něco málo přes 22 kg xenonu. V září 2005 zaparkovala Hajabusa 20 km za Itokawou. Po krátkém „odpočinku“ na pozorovacím stanovišti se začala k planetce opět přibližovat, a to až na 6,8 km. Jen o několik dní později selhal další z palubních gyroskopů. Japonci však i tuto nečekanou překážku překonali a vypracovali mód činnosti sondy s jediným fungujícím gyroskopem.

Devatenáctého listopadu 2005 se po dvou testovacích – a nepříliš povedených – sestupech zdálo, že je čas na vlastní odběr vzorků hornin. Ve výšce 40 m nad povrchem svrhla sonda značkovač, asi do 18 m klesala podle vlastního navigačního programu, načež přešla na navigaci právě pomocí značkovače. Jednalo se o lesklou kouli, jejíž „zvětšování“ nebo „zmenšování“ palubnímu počítači napovídalo, jak rychle se Hajabusa k planetce přibližuje či se od ní vzdaluje. Sonda se musela obejít bez komunikace se Zemí: jednak pro ni představovala prioritu vlastní orientace a jednak by technici kvůli značné rádiové prodlevě stejně nemohli reagovat v reálném čase. Podle prvních informací však Hajabusa nedokázala na Itokawě přistát, a protože „uhnula“ od značkovače, vydal palubní počítač příkaz k odletu.

Na zpáteční cestě se objevily nesrovnalosti v údajích o vzdálenosti a počítač raději přešel do bezpečnostního módu. Kvůli tomu se sonda dostala expresním tempem za 2,5 hodiny až 100 km od Itokawy. Za normálních okolností přitom měla zůstat ve vzdálenosti 4–6 km. Netřeba zdůrazňovat, že při „úprku“ spálila cenné pohonné látky, jichž se už tak kriticky nedostávalo. Jen pro úplnost ovšem dodejme, že na základě později získaných dat se podařilo potvrdit, že Hajabusa na povrchu cílového tělesa opravdu přistála a strávila tam zhruba třicet minut. Vzorky však neodebrala, protože jeden ze senzorů operaci zablokoval. 

Poslední pokus

Pro sondu každopádně začal hektický závod s časem. Především zůstávala mimo kontrolu, jelikož palubní počítač setrvával v bezpečnostním režimu, nacházela se velmi daleko od planetky, odběr vzorků se nezdařil a poslední termín se neúprosně blížil, stejně jako datum návratu k Zemi, tedy prosinec roku 2005. 

Japonským odborníkům se nakonec podařilo situaci víceméně stabilizovat, takže se 25. listopadu mohl uskutečnit druhý pokus o odběr. Sonda měla na povrchu planetky strávit jedinou sekundu, přičemž by v rozestupu 0,2 sekundy vystřelila dvojici jednogramových projektilů z tantalu, které by zvířily horninu na povrchu. A právě tento materiál by zařízení následně odebralo do návratového pouzdra ve tvaru trychtýře, zakončeného lapací komorou.

Jenže všechno opět dopadlo jinak. Zatímco při prvním pokusu se vědci domnívali, že sonda povrchu nedosáhla, načež se rádi opravili, tentokrát oznámili úspěšné přistání i následný odběr horniny – a tuto zprávu pak museli na základě podrobnější analýzy dementovat.

Strastiplná pouť domů

Hajabusa měla před sebou poslední úkol: návrat domů. V plánovaném prosincovém termínu však od planetky neodletěla, neboť ji postihl výpadek elektrického proudu. Řídící středisko následně zjistilo, že sonda ztrácí orientaci a v jedné z os se odklání o 20–30° od plánovaného směru. Nouzové opatření znělo: „vyfouknout“ xenon z jedné trysky. Zmíněná látka přitom představuje cenný pohonný materiál pro iontové motory. Manévr se poté ještě jednou zopakoval. Po několikatýdenních záchranných operacích nakonec JAXA počátkem března 2007 oznámila, že se iontové motory podařilo nastartovat a že automat zamířil k Zemi. Letěl však po mnohem delší dráze, takže se návrat domů odložil z roku 2007 na červen 2010.

V listopadu 2009 však fungoval už jen poslední iontový motor – a i ten nakonec vysadil. Jenže Hajabusa potřebovala změnit rychlost ještě o 200 m/s, přičemž od Itokawy se jednalo celkem o 2 200 m/s. Naštěstí se řešení našlo: kombinací motorů A a B se podařilo sestavit nový motor. U „béčka“ vypověděl službu neutralizér, takže využilo uvedenou komponentu právě z „áčka“. Výsledek sice nebyl stoprocentní, ale na poslední změnu rychlosti to stačilo.

Třináctého června 2010 vstoupilo návratové pouzdro do zemské atmosféry, záchranné skupiny ho úspěšně našly a za týden už se přesunulo do Japonska. Poté jej vědci začali pozvolna otevírat – zajímají je totiž rovněž plynné vzorky, neboť i ty mohou obsahovat částice z planetky. První rentgenový průzkum ukázal, že modul nepřivezl částice větší než 1 mm. Pátého července se potvrdilo, že kapsle obsahuje asi deset drobných zrníček viditelných pouhým okem, přičemž dvě z nich byla větší než 10 mikrometrů. Po několika měsících zkoumání se podařilo informace upřesnit: celkem se v pouzdře nacházelo více než 1 500 částic! A velikost několika z nich dokonce přesahovala 100 µm, což je více, než měří na šířku lidský vlas.

Až v březnu 2011 přišla tolik očekávaná zpráva: materiál skutečně pochází z povrchu planetky! Do té doby totiž panovala obava, zda nejde o meziplanetární prach či pozemskou kontaminaci. Až nyní vědci potvrdili, že částečky mají stejné složení jako meteority dopadající na Zemi, jsou všechny totožného původu a pocházejí z planetky staré 4,6 miliardy let, tedy z doby, kdy se formovala Sluneční soustava. Podle různých náznaků navíc vzešly z většího tělesa a na Itokawu se dostaly zřejmě během kolize zhruba před osmi miliony let.