náhľad|Sonda Genesis
Kozmická sonda je umelé kozmické teleso bez ľudskej posádky vypustené k Mesiacu, alebo na únikovú dráhu zo zemského gravitačného poľa, alebo zo slnečného gravitačného poľa. Úlohou týchto sond je buď výskum vlastností priestoru, ktorým prelietajú, alebo (väčšinou) telies slnečnej sústavy, ku ktorým letia. Prvé kozmické sondy boli vypustené koncom 50. rokov dvadsiateho storočia. Počas histórie sa rozličné kozmické sondy priblížili ku všetkým ôsmim planétam slnečnej sústavy, dvom z piatich doposiaľ známych trpasličích planét, k množstvu mesiacov, asteroidov, komét a do istej miery aj k Slnku.
Do vesmíru sa sondy dostávajú za pomoci nosných rakiet, v minulosti aj amerických kozmických raketoplánov. Väčšina kozmických sond sa po splnení svojich úloh nevracia na Zem. Zostávajú ako neriadené telesá naďalej putovať vesmírnym priestorom, ležať na povrchu objektu svojho skúmania, alebo sú, častokrát úmyselne, zničené kolíziou s planétou či Mesiacom. Údaje, ktoré nazbierajú, tak musia preniesť na domovskú planétu na diaľku prostredníctvom rádiového vysielania.
Svojou stavbou sa kozmické sondy do istej miery podobajú na umelé družice Zeme. Vzhľadom na to, že sa od Zeme mimoriadne vzďaľujú, však majú hlavne sondy letiace ďalej ako na Mesiac čiastočne autonómne riadenie, pretože signál riadiaceho strediska letí na ne príliš dlho na to, aby sa pokyny dali považovať za pokyny v reálnom čase. Takisto spojenie sondy so Zemou nemusí byť nepretržité, pretože sonda môže napríklad zájsť do rádiového tieňa vytváraného skúmaným telesom.
V najstaršej českej a slovenskej literatúre z 50. a 60. rokov 20. storočia boli kozmické sondy pod vplyvom ruských masmédií a technickej literatúry nazývané medziplanetárne automatické stanice; tento termín sa dnes už v odbornej literatúre nepoužíva.
Rozdelenie Podľa cieľa Podľa hlavného skúmaného objektu ich zvyčajne delíme na:
mesačné (lunárne) sondy, skúmajúce Mesiac a jeho okolie; medziplanetárne (interplanetárne) sondy, skúmajúce vlastnosti medziplanetárneho priestoru, hmoty a polí nachádzajúcich sa v ňom; slnečné (solárne) sondy, skúmajúce Slnko a jeho bližšie okolie; planetárne sondy, skúmajúce pevné telesá slnečnej sústavy, najmä planéty, ich satelity (mesiace) a planétky; kometárne sondy, skúmajúce vlastnosti komét; medzihviezdne (interstelárne) sondy, určené na prieskum vlastností medzihviezdného priestoru a telies za hranicami slnečnej sústavy (zatiaľ žiadna taká sonda nebola dosiaľ vypustená, existujú len koncepty).
Zvláštnu podkategóriu hore uvedených typov sond tvoria návratové sondy, ktoré po prieskume cieľa svojho letu a prípadnom odobratí vzoriek materiálu sa vrátia so svojím nákladom naspäť na Zem. Pri súčasných technológiách si však návratová sonda vyžaduje, aby teleso, z ktorého štartuje, malo nízku gravitáciu, preto zatiaľ nebola návratová sonda vyslaná na nijakú planétu. Doposiaľ najhmotnejšie teleso, ktoré návratové sondy úspešne navštívili, je Mesiac, ktorého gravitácia je približne šestinou zemskej gravitácie na úprovni hladiny mora.
Podľa spôsobu výskumu Preletová sonda teleso skúma počas blízkeho preletu okolo neho a potom pokračuje ďalej. Na prieskum cieľového telesa má iba pomerne krátky čas, jej dráha však môže byť zvolená tak, že sa k telesu ešte vráti na ďalšie prelety, alebo ju po prelete okolo jedného telesa čakajú prelety okolo iného telesa (telies). Preletové sondy sú známe najmä z počiatkov kozmonautiky, dodnes sa ale používajú na prieskum veľmi vzdialených telies alebo telies s veľmi odlišnými obežnými dráhami od obežnej dráhy Zeme, pretože navedenie sond na ich obežnú dráhu alebo pristátie by stálo neúnosne veľa paliva a/alebo času. Prelety sond slúžia tiež na prieskum sekundárnych cieľov pred dosiahnutím hlavného cieľa (napríklad prelet okolo vybraných asteroidov pred dosiahnutím cieľa za pásom asteroidov). orbitálna sonda teleso skúma z obežnej dráhy okolo neho. Môže ho tak sledovať celé roky, globálne zmapovať a zaznamenávať zmeny na ňom. Jej životnosť je limitovaná palivom, ktoré ju udržiava na obežnej dráhe okolo daného telesa. Hoci vďaka vlastnej zotrvačnosti a gravitácii centrálneho telesa je sonda teoreticky schopná obiehať hmotný bod donekonečna, trenie o zvyšky atmosféry telesa a gravitácia iných telies, ako aj nerovnomerné rozloženie hmoty v ústrednom telese, životnosť sondy na obežnej dráhe limitujú. Okrem toho sú limitované aj zásobami paliva pre ich orientačné motorčeky, ktoré musia udržiavať sondu v správnej polohe pre korekčný zážih hlavného motora.
Orbitálne sondy takmer vždy obiehajú počas svojej životnosti iba okolo jediného telesa, nerátajúc Zem v počiatkoch ich misie, a Slnko počas preletu k cieľovému telesu (okrem piatich sond všetky planetárne sondy počas cesty k cieľovej planéte obiehali okolo Slnka). Jedinou výnimkou bola sonda Dawn, ktorá obiehala postupne dve veľké telesá z pásma planétok. Planétky majú nízku gravitáciu, a tak bola Dawn schopná uniknúť z obežnej dráhy prvej zo skúmaných planétok, Vesta, a zamieriť k druhej skúmanej planétke, Ceres. Z obežnej dráhy okolo planéty však doposiaľ nijaká sonda smerom do medziplanetárneho priestoru neunikla.
Orbitálna sonda môže slúžiť aj ako retranslačná družica – zariadenie odovzdávajúce informácie zo Zeme a na Zem - pre landery a rovery (pozri nižšie).
impaktor je navedený na kolízny kurz s telesom. Cieľom nie je mäkké pristátie, ale dopad veľkou rýchlosťou. Impaktory dokážu bez zložitých pristávacích systémov urobiť blízke zábery telesa a tiež jeho povrch v mieste dopadu značne rozrušia, odhalia jeho podpovrchové vrstvy, čo potom môžu skúmať prístroje iných sond alebo ich materskej sondy. Impaktor (sonda DART) bol v jednom prípade použitý aj na pokus o zmeny obežnej dráhy malého telesa. pristávací modul (lander) mäkko dosadne na skúmané teleso a vykonáva výskum kontaktným spôsobom. Analyzuje povrch telesa, robí snímky okolia, zaznamenáva zmeny počasia, a pod. Aspoň čiastočne úspešné landery zatiaľ boli vyslané len k Mesiacu, Venuši, Marsu, mesiacu Titan, kométe Čurjumov-Gerasimenko, planétkam 25143 Itokawa, 162173 Ryugu a v širšom zmysle aj 101955 Bennu. Neúspešné landery mierili k mesiacu Fobos. rover je vlastne špeciálny typ landera, ktorý sa po svojom objekte skúmania pohybuje. Disponuje kolesami, minimálne štyrmi. V širšom zmysle sú rovery aj bezkolesové zariadenia s inými spôsobmi pohybu po povrchu skúmaného telesa. Počas pomalej jazdy technici zo Zeme rover navádzajú k vybraným geologicky zaujímavým cieľom, ktoré študuje. Úspešné rovery boli zatiaľ vyslané len na Mesiac a na Mars, neúspešný rover na iné teleso bol súčasťou neúspešného landera vyslaného k Fobosu. dron je najnovšia kategória zastúpená zatiaľ len jedinou sondou – technologickým demonštrátorom Ingenuity na povrchu Marsu. Ide o malú helikoptéru prispôsobenú odlišnostiam marťanskej atmosféry, ktorá úspešne vyskúšala možnosti leteckého prieskumu telies s atmosférou. Pripravuje sa aj dron na prieskum mesiaca Titan.
Jedna kozmická výprava je často zložená zo sond dvoch, vzácne troch typov, napríklad orbitera a landera. Po väčšinu misie putujú spoločne a rozdelia sa až tesne pred dosiahnutím cieľa.
Návrh, stavba a prevádzka Väčšinu amerických kozmických sond prevádzkovalo Laboratórium prúdového pohonu (JPL) (ktoré samo niektoré z nich aj navrhlo a postavilo), resp. stredisko NASA Ames Research Center; v súčasnosti bývajú ich prevádzkovatelia špecializované laboratóriá popredných amerických univerzít v rámci kontraktov s NASA, pričom výrobu sond zabezpečujú rôzne priemyselné firmy.
V bývalom Sovietskom zväze väčšinu mesačných sond a prvých planetárnych sond vyvinula, postavila a prevádzkovala konštrukčná kancelária OKB-1 (teraz firma RKK Energija) hlavného konštruktéra balistických rakiet a kozmickej techniky S. P. Koroľova. Stavbu a čiastočne aj prevádzku neskorších planetárnych sond (od roku 1965) zabezpečovalo Vedecko-výrobné združenie S. A. Lavočkina, resp. výskumná časť tohto koncernu, Vedecko-výskumné stredisko G. N. Babakina. Neskôr koordináciu vedeckej náplne misií kozmických sond a riadenie ich letu preberal stále viac Ústav kozmických výskumov (IKI) AN SSSR.
Konštrukcia Všetky súčasné kozmické sondy musia disponovať týmito systémami skonštruovanými tak, aby odolali drsným podmienkam vo vesmíre: Systém dodávky elektrickej energie Systém navigácie, stabilizácie a orientácie v priestore Systém zmien dráhy Systém udržiavania teploty Systém komunikácie a telemetrie Vedecké vybavenie Prípadne, ak je to cieľom sondy, aj pristávacie systémy.
Rané sondy nemali systémy zmeny dráhy a ich súčasťou neboli ani palubné počítače. Zhruba od začiatku 60. rokov sa však začínajú vyskytovať. Zdrojom energie raných sond boli len suché elektrické články. Postupne sa však pre ne vyvinuli solárne panely doplnené akumulátormi, ak sonda nemala byť počas svojej misie celý čas vystavená slnečnému svitu (ak napríklad obieha okolo telesa, do ktorého tieňa sa dostáva, alebo ak pristane na nejakom telese, kde sa strieda deň a noc - za predpokladu, že nie je dizajnovaná tak, aby fungovala iba za dňa, ako napríklad niektoré mesačné sondy, ktoré s príchodom mesačnej noci svoju činnosť ukončia). Pre sondy do vzdialených končín slnečnej sústavy, ktorým by Slnko za použitia vtedajších technológií nebolo schopné dodať dostatok energie, sa vyvinuli rádioizotopové generátory. Rádioizotopové generátory dostávajú aj niektoré sondy mieriace na povrch Marsu, na ktorom síce je možné používať solárne panely, ale hrozí riziko, že panely prídu o svoj výkon kvôli usadenému prachu alebo pod vplyvom nepriehľadnosti atmosféry počas marsovských prachových búrok.
Priebeh misie kozmických sond Od konštrukcie po štart
Kozmické sondy vznikajú v špecializovaných montážnych halách. Viaceré sondy toho istého výrobcu majú ako svoj základ rovnakú platformu a to dokonca aj v prípadoch, keď sú ich cieľom odlišné planéty. Väčšinou sa vyrobia sa dva identické exempláre: letový a neletový. Sonda je v priebehu konštrukcie, ale aj po dokončení vystavovaná skúškam a záťaži, ktorú podstúpi pri štarte a vo vesmíre - napríklad sa vkladá do vákuovej komory, znášanie otrasov pri štarte zase testuje vibračný stôl.
Dokončená a otestovaná sonda putuje na kozmodróm, kde je po ďalších testoch natankovaná a vložená na vrchol nosnej rakety pod aerodynamický kryt. Solárne panely, antény a ďalšie vyčnievajúce prvky sú vtedy zasunuté alebo sklopené. V minulosti sa niektoré sondy pripojili k urýchľovaciemu stupňu a potom sa vložili do nákladových priestorov raketoplánov. Komplex nosná raketa-sonda potom putuje na štartovací komplex, kde prebehnú záverečné previerky a čaká sa na vhodné štartovacie okno.
Po štarte raketa odhadzuje svoje stupne s výnimkou posledného. Sonda je spravidla pred letom k cieľu navedená na tzv. parkovaciu dráhu okolo Zeme, nie je to však nevyhnutné. Ak prejde všetkými previerkami, posledný raketový stupeň sa vo vhodnom okamihu zažihne, udelí sonde druhú, prípadne tretiu únikovú rýchlosť a začína sa tak jej putovanie k cieľu. V prípade štartu z paluby raketoplánu posádka raketoplánu manipulačným ramenom vyložila sondu s jej urýchľovacím stupňom, raketoplán sa potom vzdialil do bezpečnej vzdialenosti a urýchľovací stupeň naviedol sondu k jej cieľu. Po vyhorení všetkého paliva v poslednom raketovom stupni sa raketový stupeň od sondy odpája. Má však rovnaký kurz ako sonda. Ich dráhy sa rozídu až po dráhovej korekcii, ktorú sonda vykonáva vlastnými malými motormi. Raketové stupne potom takmer vo všetkých prípadoch zostávajú na obežnej dráhe okolo Slnka, poprípade Zeme.
Niekedy štartujú jednou raketou spoločne dve sondy, ktoré môžu patriť dvom rozličným kozmickým agentúram. Počas preletu k cieľu zostávajú spojené a oddelia sa až v blízkosti ich spoločného cieľa. Niektoré pristávacie sondy sú zase počas letu medziplanetárnym priestorom vybavené tzv. preletovým modulom, ktorý nemá vedeckú funkciu, len zabezpečuje sonde všetko potrebné počas cesty.
Dráha