Autoři: Jan Kellner, Leoš Kopecký
Satelitem VZLUSAT‑1 začala nová éra českého kosmického výzkumu. Satelit byl vypuštěn 23. června 2017 a poslední zpráva, kterou vyslal na Zemi, je z 6. června 2023. Ještě téhož dne družice shořela v atmosféře. Fungovala tedy téměř šest let, což je neuvěřitelný úspěch. Jednalo se o satelit 2U CubeSat (tj. malá družice, jejíž základem je krychlička, přičemž se může skládat i z většího počtu krychlí), což znamená, že byl tvořen dvěma bloky klasického CubeSatu – rozměry 10×10×20 centimetrů, vážil asi dva kilogramy a do malého prostoru družice se vedle komunikační aparatury, počítače a energetického zázemí vešlo i několik dalších vědeckých přístrojů. Kromě vlastních finančních zdrojů od spolupracujících partnerů se na financování vývoje a vypuštění družice podílela Technologická agentura České republiky v rámci Programu ALFA (projekty TA03011329 a TA04011295) a dále pak i Ministerstvo průmyslu a obchodu prostřednictvím institucionální podpory VZLÚ.
Česko v kosmu
I bez kosmodromu patří Česká republika ke světové špičce ve vesmírném výzkumu a vývoji. Asi víte, že se roku 1978 stal Vladimír Remek prvním evropským (tedy nikoliv americkým ani sovětským) kosmonautem, ale možná leckoho překvapí, že jsme od tohoto roku do vesmíru vypustili celkem dvanáct družic. Od podepsání vstupní smlouvy s Evropskou vesmírnou agenturou v roce 1996 a plného členství v roce 2008 přes Pražské sídlo Evropské agentury pro navigační systém (GSA) jsme se stali významným hráčem evropského kosmického vývoje. Praha byla již od roku 2012 centrálou GSA, která své působení v roce 2021 rozšířila, spolu i se změnou názvu, na Agenturu Evropské unie pro Kosmický program (EUSPA). Ta má pod taktovkou pětici rozsáhlých projektů: Copernicus, EGNOS, Galileo, GOVSATCOM a SST.
Od Magionu po Planetum‑1
Magion, MIMOSA, VZLUSat, Lucky 7, BDSAT a Planetum‑1. To jsou jména československých a českých družic, jež se vydaly na oběžnou dráhu naší planety. V roce 2022 se podařilo vypustit celkem tři. Nejvýznamnější z nich je VZLUSat 2 s detektorem částic pro měření toku fotonů, elektronů a protonů kosmického záření, jenž dokáže určit směr letu a energii individuálních částic. Tato data mají pomoci při vývoji technologií pro ochranu přístrojů a astronautů před ionizujícím zářením a otestovat funkčnost stávajících technologií v kosmu. Na orbitu se dostal 13. ledna 2022 jako druhý ze série. Jeho sourozenec, VZLUSat 1 vypuštěný v roce 2017, zaznamenával koncentraci kyslíku v atmosféře a úspěšně fungoval téměř šest let, což je nejdéle ze všech doposud vypuštěných českých družic.
Oblasti kosmického vývoje (nejen) u nás
Kosmický výzkum je v Česku velmi rozvinutý, a to především díky kombinaci akademického zázemí, know‑how soukromých firem a jejich praktických aplikací ve výzkumu. Silné stránky českého kosmického výzkumu a vývoje je možno nalézt mimo jiné v pozorovacích a snímkovacích technologiích, dále v navigaci, monitorování kosmické tříště, družicovém provozu a telekomunikaci. V neposlední řadě pak v simulaci a testování nových technologií. Praktickým příkladem současných schopností je kupříkladu dodávka mechanismů k rozvinutí solárních panelů nové generace družic Iridium, které poskytují celosvětovou telekomunikační síť. Dalšími oblastmi, které se v současnosti rozvíjí, jsou polohovací mechanismy antén, trysek a různých konstrukčních prvků.
Příliš mnoho satelitů
Vzhledem k rostoucí složitosti orbitálního prostředí jsou vesmírná zařízení stále více ohrožena kolizemi s jinými satelity nebo jejich troskami. Na oběžné dráze je dnes možné sledovat přibývající množství tzv. kosmické tříště, tedy samovolně se pohybujících zbytků a součástek kosmických zařízení. Dle hrubých odhadů je jen 5 % objektů obíhajících Zemi funkčních. Kromě kolizí na oběžné dráze současně hrozí i dopad některých větších objektů na povrch Země. Těmto rizikům se snaží předejít program SST (Space Surveillance and Tracking). Český průmysl společně s akademickou sférou jsou aktivní ve výzkumu, monitorování kosmické tříště a zpracování souvisejících dat. Dále pak spolupracují na řídícím softwaru vesmírného dalekohledu, který je součástí specializované observatoře na západním pobřeží Austrálie. S účastí českých expertů se počítá také pro druhý plánovaný dalekohled tohoto typu, který bude postaven v Chile.
Simulace a testování
Plodem výzkumného programu sice může být družice na oběžné dráze, avšak úspěšné misi předchází mnoho zásadních kroků vývoje. Nedílnou součástí kosmického výzkumu je i počítačová simulace prostředí, vlastností materiálů, multifyzikálních vlivů, mechaniky, akustiky nebo aerodynamiky a aeroelasticity objektů. Jedním z nejinovativnějších nástrojů, který dokáže takové výpočty simulovat v reálném čase, je software Comsol Multiphysics. Pro výše zmíněný problém kolize satelitů Comsol nabízí hned několik přístupů k výpočtu trajektorií pohybu těles na oběžných drahách, a to včetně diferenciálních rovnic v rotujícím systému nebo simulaci Keplerovy mechaniky dvou těles. Neposledním polem užití softwarové simulace v kosmickém výzkumu je pak na poli mechanických a fyzikálních odolností materiálů nebo termálních výpočtů či analýzy proudění.
Co je na obzoru?
Je zřejmé, že komplexní povaha, značné investiční riziko a vysoké náklady kosmického výzkumu vyžadují velké úsilí i na straně řízení celého aparátu. Přesto jsou dveře inovacím na poli kosmického výzkumu v České republice stále otevřeny, jak je možné se dočíst v Národním Kosmickém plánu pro rok 2020 – 2025 vydaném Ministerstvem dopravy. Dalším dobrým znamením jsou výzvy Evropské agentury EUSPA čí Evropské kosmické agentury ESA. Na tu například reaguje připravovaná česká družicová mise SOVA pod vedením brněnské firmy OHB Czechspace, která se zaměří na průzkum málo zdokumentovaných vrstev atmosféry a jejich vliv na extrémní klimatické jevy na Zemi.
Zdroj foto: Unsplash, Výzkumný a zkušební letecký ústav, a.s., AXA/ESA