Definice oběžné dráhy a likvidace odpadu v kosmu

Oběžná dráha je plná smetí a v přístupu k satelitům se již projevuje nerovnost. V nepříliš vzdálené budoucnosti by se schopnost těžit zdroje z Měsíce a asteroidů mohla stát hlavním bodem rozdílu mezi těmi, kdo vesmír „mají“, a těmi, kdo ho „nemají“.

Definice malé družice není striktně určena, ale většina programů se shoduje na tom, že se jedná o družice s hmotností do 180 kg. Nanosatelity jsou dle definice malé družice s hmotností od 1 do 10 kilogramů. Cube Sat je speciální kategorie nanosatelitu.

Jedna CubeSat jednotka má rozměry stran 10x10x11 cm (Unit-Jednotka 1 - U1 max. hmotnost 1,33 kg). Jednotky se dají kombinovat a jsou dále popisovány jako U1.5, U2, U3, U6 (nejběžnější velikosti). Existuje několik výrobců, kteří nabízejí různé kity pro sestavení CubeSat nebo jednotlivé součástky.

Výhodou těchto řešení je, že funkčnost těchto součástek už je ověřena pro použití v extrémních podmínkách (zejména vibrace při startu, rozdíly teplot, záření atd.). Nevýhodou může být vyšší cena.

Finančně náročná je varianta umístění CubeSat na geostacionární oběžnou dráhu, kdy by CubeSat umožnil nepřetržité sledování vybrané oblasti. Geostacionární oběžná dráha se nachází 35 786 km na rovníkem. Náklady na konstrukci CubeSat pro geostacionární oběžnou dráhu a náklady na vynesení do této výšky jsou řádově násobně vyšší než náklady na CubeSat na nižší oběžné dráze.

Čtěte také: Oběžná dráha Země jako faktor změny klimatu (NASA)

Rozdělení oběžných drah

Většina satelitů tak míří na nízkou oběžnou dráhu (LEO), která je přibližné 150 - 600 km nad zemským povrchem. V této oblasti se pohybuje např. i ISS (400km). Nevýhodou je, že se zde vyskytují zbytky atmosféry, které způsobují pokles dráhy těles. Pokud chceme udržet objekt na stále oběžné dráze, je nutné orbitu pravidelně zvyšovat (platí i pro ISS). U CubeSat to může být naopak výhoda, protože je oběžnou drahou dána i životnost CubeSat.

Při konstrukci CubeSat, volbě řídicí jednotky a senzorů je třeba brát v úvahu extrémní podmínky na LEO. Teplota kovových částí se pohybuje v rozmezí -170°C - 123°C v závislosti na orientaci CubeSat vůči slunci. CubeSat stráví přibližně polovinu oběžné doby na slunečním záření a polovinu ve stínu Země. Také záleží na rotaci CubeSat. Při použití světelných čidel pro měření intenzity světla je nutné využít senzory, které neovlivňuje saturace slunečního záření. Obecně světelné senzory dodávají pouze binární data - Slunce svítí x Slunce nesvítí. Síla magnetického pole je 0,3 - 0,6 G (gauss). Při použití běžně dostupného senzoru a zesilovače je možné se dostat na přesnost měření až 0,06 G. Vliv radiace hodně závisí na výšce oběžné dráhy.

Na nižší oběžných drahách, kdy současně počítáme s kratší celkovou životností je efekt radiace zanedbatelný. Radiace může způsobit náhodné výpadky CubeSat, pokud ale počítáme s tím, že CubeSat nebude 100% dostupný, není to pro projekt problém.

Příklady CubeSat projektů

• STRaND-1 - první cubesat postavený na platformě Android, jeho cílem bylo ověřit tezi, že ve vesmíru tě nikdo neuslyší křičet.
• NanoSail-D2 - cubesat testoval velkou plachtu, která se po startu rozvinula a měla zvýšit tření a urychlit tak sestoupení cubesatu do atmosféry a shoření.

Projekt czCube si kladl za cíl zkonstruovat a postavit malou amatérskou družici s modulovou koncepcí. Projekt byl zahájen v roce 2004, ale protože během 10 let trvání projektu nebylo dosaženo vytčeného cíle, byla v roce 2014 ukončena snaha o stavbu družice czCube.

Pro financování CubeSatu byl (v roce 2010) stále ještě třeba rozpočet v řádu milionů Kč (řádově 100000 Euro, z toho cca 50000 Euro na nákup dílů CubeSatu a cca 50000 Euro na komerční [nesponzorované] zajištění startu). Je zřejmé, že z tohoto důvodu doba prostě ještě nedozrála na to, aby stavba a vypouštění družic bylo dostupné i pro nezávislé skupiny nadšenců. Tak vysoký rozpočet si mohou dovolit jen univerzity a další větší organizace.

Čtěte také: Cena elektřiny z obnovitelných zdrojů

Druhým hlavním problémem stavby CubeSatu byl nedostatek času a zkušeností členů týmu czCube. Zvolili jsme vývoj všech částí družice “od píky”, což je sice finančně přijatelné, ale vyžaduje to příliš mnoho času a znalostí. Tento přístup byl nad síly a možnosti členů týmu czCube.

V pátek 23. června 2017 v ranních hodinách byla nanodružice VZLUSAT-1 dopravena na oběžnou dráhu Země pomocí indického raketového nosiče PSLV-C38 (Polar Satellite Launch Vehicle). Raketa odstartovala z indického kosmodromu SDSC (Satish Dhawan Space Centre) v 5:59 SEČ. Kosmodrom SDSC se nachází na ostrově Šríharikota v Bengálském zálivu. Český satelit byl vypuštěn na polární dráhu do výšky 505 km a byla mu udělena rychlost 7 km/s. VZLUSAT-1 o velikosti 20 cm x 10 cm x 10 cm a hmotnosti 2 kg je první česká technologická družice. Jejím úkolem je ověření nových výrobků a technologií na orbitě Země. Nanodružice byla postavena na bázi standardizované platformy CubeSat.

Vývoj miniaturizovaného rentgenového dalekohledu vedla firma Rigaku Innovative Technologies Europe společně s HVM PLASMA a Ústavem technické a experimentální fyziky Českého vysokého učení technického v Praze. Kompozitní materiál pro stínění radiace vyvinula firma 5M společně s firmou TTS. Pro měření vlastností tohoto materiálu jsou použita čidla firmy Innovative Sensor Technology. Na řízení družice pomocí pozemní radiové stanice se podílí Katedra aplikované elektroniky a telekomunikací Západočeské univerzity v Plzni. Vědecký přístroj FIPEX je součástí mezinárodní mise QB50, v rámci které byla vypuštěna konstelace 50 nanodružic z celého světa. Mezinárodní mise QB50 je podporována Evropskou komisí prostřednictvím projektu 7. Na financování vývoje a vypuštění družice se podílela Technologická agentura České republiky v rámci programu Alfa (projekty TA03011329 a TA04011295), dále pak Ministerstvo průmyslu a obchodu prostřednictvím institucionální podpory VZLÚ. Životnost družice je odhadována na dva roky. Po tuto dobu bude možné provádět výše zmíněné experimenty a ověřování nových technologií v kosmu. Projekt VZLUSAT-1 je příkladem úspěšné spolupráce českých výzkumných pracovišť s průmyslem.

V současné době hlavní hráči ve vesmíru stanovují normy pro využívání zdrojů. Družice pomáhají provozovat internet a televizi a jsou základem globálního polohového systému. Umožňují moderní předpověď počasí, pomáhají vědcům sledovat zhoršování životního prostředí a hrají významnou roli v moderní vojenské technice. Státy, které nemají vlastní satelity poskytující tyto služby, se spoléhají na jiné země.

CubeSaty jsou malé, levné a přizpůsobitelné družice, které jsou dostatečně jednoduché na to, aby je mohli postavit studenti středních škol. Společnosti, jako je SpaceX, mohou jednu z těchto družic vynést na oběžnou dráhu za relativně nízkou cenu - od 1 300 dolarů za kilogram.

Čtěte také: Více o překážkových drahách

Nejvhodnější místo pro zaparkování je geostacionární oběžná dráha ve výšce přibližně 35 800 kilometrů nad rovníkem. Na geostacionární oběžné dráze je k dispozici pouze 1 800 míst a v únoru 2022 bylo 541 z nich obsazeno aktivními družicemi. Země a soukromé společnosti si již nárokovaly většinu neobsazených slotů, které nabízejí přístup na hlavní trhy, a družice, které je mají zaplnit, se v současné době montují nebo čekají na vypuštění.

Orbitální sloty přiděluje agentura OSN s názvem Mezinárodní telekomunikační unie (ITU). Sloty jsou bezplatné, ale přidělují se zemím podle pořadí příchozích. Když satelit dosáhne konce své 15 až 20leté životnosti, země jej může jednoduše nahradit a obnovit si tak svůj slot. To zemím umožňuje držet tyto pozice po neomezenou dobu.

Přestože geostacionární dráhy jsou nejužitečnější a nejomezenější, existuje mnoho dalších oběžných drah kolem Země. Nízká oběžná dráha Země se nachází ve výšce přibližně 1 000 mil (1 600 km) nad povrchem. Družice na nízké oběžné dráze Země se pohybují rychle ve velmi přetíženém prostředí. Nízkou oběžnou dráhu Země lze využít pro komunikaci, pokud více družic spolupracuje a vytváří konstelaci.

Společnosti jako SpaceX a Blue Origin pracují na projektech, jejichž cílem je v příštích několika letech umístit na nízkou oběžnou dráhu Země tisíce satelitů, které by poskytovaly internet po celém světě.

Orbitální sloty jsou oblastí, kde dnes existuje nerovnost. Asteroidy obsahují ohromující množství cenných minerálů a kovů. Ještě letos NASA vypustí sondu, která bude zkoumat asteroid s názvem 16 Psyche, na němž se podle odhadů vědců nachází železo v hodnotě více než 10 kvintilionů dolarů.

Dalším velmi cenným zdrojem ve vesmíru je helium-3, vzácná verze helia, o níž se vědci domnívají, že by mohla být využita v reakcích jaderné fúze bez vzniku radioaktivního odpadu. I když je třeba překonat značné technologické překážky, než se helium-3 stane použitelným zdrojem energie, pokud bude fungovat, existuje na Měsíci i jinde ve sluneční soustavě dostatek ložisek, aby uspokojily energetické potřeby Země na několik století.

Stávající mezinárodní vesmírné zákony nejsou vhodné pro řešení komplikované sítě soukromých společností a států, které soupeří o zdroje ve vesmíru. Země se sdružují do skupin - neboli „vesmírných bloků“ - které se sjednocují na cílech a pravidlech pro budoucí vesmírné mise.

V současné době hlavní hráči ve vesmíru stanovují normy pro využívání zdrojů. Hrozí, že namísto toho, aby se soustředili na to, co je nejlepší pro všechny na Zemi, budou tato rozhodnutí řízena konkurencí, což poškodí vesmírné prostředí a vyvolá konflikty. Přístup do vesmíru je pro fungování moderního státu zásadní.

Smlouva o kosmickém prostoru z roku 1967, která je základním dokumentem kosmického práva, říká, že vesmír by měl být využíván „ve prospěch a v zájmu všech zemí“.

Startup Aevum vstoupil do závodu o vynášení malých satelitů a nákladu na nízkou oběžnou dráhu s unikátním systémem Ravn X. Spojuje největší letecký autonomní dron na světě s malou nosnou raketou.

„Kosmický odpad létá desetkrát rychleji než kulka vystřelená ze zbraně a představuje obrovské nebezpečí pro budoucí vesmírné mise. Naše družice LASARsat testuje možné řešení tohoto problému pomocí laserové technologie,“ prozradil Klinga v pořadu Avokádo.

Klinga se kosmonautice věnuje již od útlého dětství. Jako mnoho nadšenců začínal účastí v různých soutěžích, které ho postupně dovedly až k reálným projektům.

“V Houstonu jsme s týmem, který má nyní kolem 40 členů - chtěli použít lasery k restartování družic na oběžné dráze, které přestaly fungovat. Podobně jako když resetujete mobil nebo počítač, šlo o hard reset těchto zařízení pomocí laserové technologie,“ vysvětluje původní myšlenku.

„Po vítězství v Houstonu jsme postupně přešli od toho nápadu k něčemu, co je daleko proveditelnější a zároveň to má dlouhodobě větší potenciál. „Naše kostka obíhá přibližně desetkrát rychleji než kulka vystřelená ze zbraně, asi 550 kilometrů nad zemí,“ popisuje Klinga parametry družice. Jmenuje se LASARsat a je překvapivě malá - má jen 10 centimetrů na každé straně.

Studentský projekt LASAR stál přibližně 2 až 2,5 milionu korun. „Není to tak mnoho - je to jako lepší auto,“ srovnává Klinga náklady.

Projekt se zaměřuje na odstranění kosmického smetí pomocí vysoce výkonných laserů. „Pracujeme na vývoji laserů, které bychom používali na zpomalování částeček,“ popisuje Klinga technologii.

„Může to vypadat, že světlo nemá žádnou energii, že zasvítíme nějakým laserovým ukazovátkem. Budou to ale jedny z nejsilnějších laserů na planetě. V momentě, kdy je tam ta síla tak obrovská, jsme pomocí energie laseru schopni natavit materiál částečky a ten se začne odpařovat.

Družice LASARsat slouží jako testovací platforma pro tento inovativní přístup. „Je v podstatě takový dokonalý terč. Na své palubě nemá laser, ale my na ni pálíme ze země a ona nám vždycky dá vědět, kolik energie se tam dostalo,“ vysvětluje Klinga.

Testovací mise má klíčový význam pro budoucí praktické aplikace. Sběr dat o účinnosti laserové technologie v reálných podmínkách vesmíru může významně urychlit vývoj funkčního řešení pro odstraňování kosmického smetí.

Projekt získal mezinárodní uznání a Klinga se nedávno objevil v prestižním žebříčku Forbes 30 pod 30 pro rok 2025, kde patří mezi nejmladší oceněné. „Nebudeme si nalhávat, je to o tom být ve správný čas, na správném místě, mít štěstí. Rozhodně to ale neznamená, že by to bylo k ničemu.

Zařazení do prestižního žebříčku mu otevřelo dveře k mnoha kontaktům a příležitostem. „Pro mě to byla možná dost zásadní věc osobně, protože dokázala propojit náš tým s lidmi, kteří dosáhli v různých oborech mimořádných úspěchů,“ říká Klinga.

„Vždycky jsem si přál vidět raketu na vlastní oči a první raketa, co jsem kdy viděl, nesla na své palubě něco, na čem jsme pracovali,“ popisuje Klinga emotivní moment. Spolupráce s americkou společností SpaceX byla pro tým významným milníkem.

Na otázku, zda se osobně setkal s Elonem Muskem, odpovídá s úsměvem: „Ne, nepotkali jsme se. Je to asi, jako když jedete Regiojetem, tak jestli se potkáte s panem ředitelem.

Klinga má však jasný názor na Muskovy ambice ohledně kolonizace Marsu: „Dal bych tam tzv. muskovskou konstantu, což lidé z aerospace odvětví mají ve zvyku. Vždycky, když Elon Musk dá nějaký termín, vynásobí se nějakým číslem.

Klinga se vyjadřuje k možnosti, že by se do vesmíru dostal český astronaut. Let astronauta by stál přibližně 2 až 2,5 miliardy korun. „Chápu, že řadě lidí může připadat 2,5 miliardy za let astronauta jako vyhozené peníze.

Za nejdůležitější přínos letu českého astronauta považuje inspiraci pro veřejnost: „Hlavní přínos není jen podpora průmyslu, vědy a techniky, ale to, co to udělá s těmi lidmi. Vladimír Remek letěl před více než 40 lety a už je to dlouho.

V současné době hlavní hráči ve vesmíru stanovují normy pro využívání zdrojů.

tags: #obezna #draha #odpad #definice

Oblíbené příspěvky:

• Omalovánky pro děti: Příroda v kreslené podobě
• Praxe a stáže v ekologii
• Obnovte Rovnováhu
• Ropné znečištění moří: Komplexní analýza
• Seznam zdrojů znečištění ovzduší