Návrhy na levné sondy jsou dražší, než se čekalo

První várka návrhů pro novou třídu vědeckých robotických misí pod hlavičkou NASA má vyšší odhady nákladů, než zástupci agentury čekali. NASA již v červnu vybrala tři finalisty, kteří jsou zatím ve fázi konceptu a s jejich startem se počítá začátkem dvacátých let – podle toho, co NASA vybere, by nový průzkumník mohl vyrazit k Měsíci, Marsu, či blízkozemní planetce. Důležitou změnou je, že tyto sondy mají v rámci úspor startovat jako sekundární náklady jiných misí. Nabízí se tak možnost získat zajímavé vědecké informace za sníženou cenu. Program SIMPLEx reaguje na aktuální trendy ve vývoji malých družic, které jsou často levnější než ty velké a přesto dokáží udělat velmi zajímavé vědecké objevy.

NASA všem navrhovatelům určila jasný finanční strop v hodnotě 55 milionů amerických dolarů,do kterého však nejsou započítány náklady na start. Podle Carolyn Mercer, výkonné ředitelky programu SIMPLEx (Small Innovative Missions for Planetary Exploration) však návrhy dorazily s většími odhady nákladů. „Limit jsme definovali tak, že jsme chtěli, aby návrhy přicházely v rozmezí od 15 do 55 milionů dolarů. Očekávali jsme, že provedeme výběr napříč těmito nabídkami. Snažili jsme se povzbudit zájemce, aby přišli s nižšími cenami. A když to řeknu stručně, tak oni s nimi nepřišli,“ uvedla Mercer 11. srpna na každoroční konferenci Small Satellite Conference, která se konala na Utah State University.

Návrh cubesatu LunaH-Map

Návrh cubesatu LunaH-Map
Zdroj: https://asunow.asu.edu

Očekává se, že NASA ze tří finalistů vybere nejméně jeden projekt k realizaci, která však s sebou také nese určitá omezení. Sonda nesmí vážit více než 180 kilogramů, aby mohla dostat povolení ke startu. V roce 2015 NASA vybrala první dvě mise z programu SIMPLEx – šlo o dva cubesaty pojmenované LunaH-Map a Q-PACE. První jmenovaný má letět na prví raketě SLS k Měsíci, kde má měřit koncentrace vodíku na lunárním povrchu. Druhý cubesat poletí na raketě LauncherOne a měl by studovat vlastnosti kolizí částic při nízké rychlosti v prostředí mikrogravitace, což je poměrně důležitá věc při vzniku planet.

Aktuální výzva programu SIMPLEx je zaměřena na větší sondy než jsou cubesaty LunaH-Map a Q-PACE. NASA nejprve oslovila vědeckou komunitu planetologů, aby získala předběžné návrhy misí. Cílem bylo zjistit, zda by malé průzkumné sondy mohly být užitečné pro průzkum Sluneční soustavy. „Zjistili jsme, že ano, ukázalo se, že výzkum planet se dá dělat na vysoké úrovni i s použitím malých sond,“ uvedla Mercer. NASA dále identifikovala několik důležitých technologií, které mají usnadnit snahy o zapojení malých družic do průzkumu planet.

Jde třeba o vysokou úroveň pohonného systému, kvalitní vysokorychlostní komunikaci, malé zdroje elektrické energie, letové počítače odolné radiaci nebo zachycení na oběžné dráze s pomocí atmosféry, tedy tzv. aerocapture. „Také jsme ale zjistili, že co se týče financí, tak i malé sondy mohou mít vysoké cenovky,“ přiznala Mercer.

Vizualizace projektu Janus

Vizualizace projektu Janus
Zdroj: https://www.colorado.edu

Jedním ze tří finalistů aktuálního kola, kteří byli vybráni z 12 návrhů, je projekt Janus. Ten počítá s vypuštěním dvou mikrosatelitů, které by měly proletět kolem dvou dvojplanetek, tedy objektů, kde dvě planetky obíhají kolem sebe. Projekt Janus vede Daniel Scheeres z University of Colorado a případnou výrobu a provoz obou sond by zajistila společnost Lockheed Martin. Na palubě malých průzkumníků by měly být snímače ve viditelné a infračervené části spektra ke snímkování planetek.

Chceme poslat dvě sondy o velikosti kufru, abychom poprvé v historii prozkoumali dvojplanetku,“ uvedl Scheeres a dodal: „Co je to dvojplanetka? Je to malé těleso, které se v nějaké fázi roztočilo tak rychle, že z jeho povrchu odletěl materiál, který se zase spojil, čímž vznikla zmenšená verze soustavy Země – Měsíc. Takže ve výsledku máte dvě tělesa, která obíhají kolem sebe. Jsou to objekty tak malé, že byste dokázali z jednoho přeskočit na druhý. Zatím ještě nikdo je nestudoval zblízka, takže Janus bude první, kterému se to povede. Díky tomu získáme lepší přehled o vzniku a vývoji naší soustavy až do dnešních dnů.

Vizualizace návrhu EscaPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers)

Vizualizace návrhu EscaPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers)
Zdroj: www.dailycal.org

Druhým finalistou je projekt EscaPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) a i v tomto případě se počítá s dvojicí sond – ty však již nemají letět k dvojplanetce, ale k Marsu, kde budou studovat, jak přesně funguje proces, při kterém sluneční vítr odnáší do vesmíru molekuly atmosféry Marsu. Projekt EscaPADE má vycházet z poznatků nasbíraných sondou MAVEN, která krouží kolem Marsu od roku 2014 a pokud dojde ke schválení, měly by tyto sondy měřit magnetické pole, plazma, hustotu iontů a elektronů, které prolétávají kolem planety. MAVEN logicky dokáže v jednu chvíli měřit podmínky na jediném místě. Dvě sondy by však umožnily současné měření na dvou lokalitách, což vědcům samozřejmě rozšiřuje možnosti využití naměřených dat.

Hlavním výzkumným pracovníkem projektu EscaPADE je Robert Lillis z University of California ve městě Berkeley. „Kolem Marsu to opravdu dost fouká,“ říká Lillis a dodává: „Ionizovaný plyn proudí neustále od Slunce, ze kterého sviští rychlostí víc než milion kilometrů za hodinu. Tenhle proud označovaný jako sluneční vítr zasahuje přímo horní vrstvy atmosféry Marsu, což vytváří polární záře, ale i odnášení atmosféry pryč. Podobně jako vítr tady na Zemi, má i sluneční vítr často nárazy, takže prostředí v okolí Marsu se velmi rychle mění v řádu minut i méně.

Interakce slunečního větru s marsovskou atmosférou

Interakce slunečního větru s marsovskou atmosférou
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Každá sonda v rámci projektu EscaPADE má vážit méně než 90 kilogramů. Jakmile sondy dorazí k Marsu, provedou několik úprav oběžné dráhy, nasbírají data z výšek 200 a 7000 kilometrů nad povrchem planety. Informace nasbírané od těchto dvou malých sond by mohly vědcům pomoci určit, jak Mars za miliardy let zchladl a vyschl, takže se z jeho povrchu ztratila tekutá voda. Když býval Mars teplejší, vlhčí a obyvatelnější, měla planeta mnohem hustší atmosféru. Vědce by zajímalo, proč Mars o svou atmosféru přišel – proces, který odhalila sonda MAVEN byl z velké části způsoben slunečním větrem a zářením.

Abychom porozuměli dynamice tohoto procesu, potřebujeme data z více než jednoho místa,“ vysvětluje Lillis a dodává: „Dvě sondy projektu EscaPADE umožní sledovat tok hmoty a energie ze slunečního větru do atmosféry Marsu a zase ven. Díky doplňujícím se oběžným drahám by nám tyhle dvě sondy měly umožnit rozplést tenhle uzel vlivu slunečního větru na Mars.

Oba výše popsané návrhy, tedy Janus i EscaPADE počítají, že by do vesmíru letěly jako sekundární náklad se sondou Psyche. Ta byla vybrána v rámci programu Discovery, aby v roce 2022 odstartovala vstříc průzkumu stejnojmenného kovového asteroidu. Třetím finalistou je projekt Lunar Trailblazer, který má startovat také jako sekundární náklad, ale tentokrát by hlavním cestujícím byla nějaká zatím neupřesněná telekomunikační družice, kterou raketa vynese na dráhu přechodovou ke geostacionární.

Mapa rozložení vody a hydroxylů na povrchu Měsíce vytvořená přístroje M3 na sondě Chandrayaan.

Mapa rozložení vody a hydroxylů na povrchu Měsíce vytvořená přístroje M3 na sondě Chandrayaan.
Zdroj: https://www.lpi.usra.edu

Projekt Lunar Trailblazer by měl být ke startu připraven během dvou až čtyř let a vede jej Bethany Ehlmann z Caltechu. „Jsme nadšeni, že jsme součástí nejnovějšího výběru programu SIMPLEx a těšíme se na další kroky v jednom z největších objevů začátku nového tisíciletí – přítomnosti vody na malých tělesech bez atmosféry, především na Měsíci,“ říká Ehlmann. Sonda Lunar Trailblazer má mít po rozložení fotovoltaických panelů na délku pět metrů a kolem Měsíce má kroužit ve výšce 100 kilometrů.

Lunar Trailblazer bude malá družice, kterou bude navrhovat Caltech a o výrobu se postará Ball Aerospace pod vedením JPL, přičemž JPL dodá i snímkovací spektrometr, University of Oxford zajistí termální kameru,“ uvedla Ehlmann a dodala: „Naším cílem je zmapovat rozložení vody na Měsíci. Budeme zjišťovat, jakou formu má voda na osvětlené části Měsíce. Je to H2O? Je to OH skupina, nebo vodík připojený ke kyslíku v křemičitanech? Pokusíme se tedy určit formu vody na Měsíci. Také se podíváme do trvale zastíněných kráterů, abychom zmapovali, kde přesně se v nich nachází vodní led, kolik ho tam je a jestli by byl využitelný pro budoucí pilotované výpravy.

Všechny tři finálové návrhy budou pokračovat ve vývoji, který může trvat až rok, dokud nedospějí do fáze předběžného zhodnocení návrhu. Po jeho vytvoření se NASA rozhodne, který (případně které) projekt(y) postoupí do fáze realizace. Na závěr ještě malá odbočka k cenám. Zmíněný limit 55 milionů dolarů můžeme považovat za skutečně velmi nízkou cenu. Pro lepší představu je to pouhá desetina toho, co mohou maximálně stát návrhy v programu Discovery. V jeho rámci se realizovaly třeba mise InSight, Dawn či Mars Pathfinder. Program Discovery byl ještě donedávna nejvíce cenově omezený program planetárních misí v portfoliu NASA.

Sonda Juno vznikla v rámci programu New Frontiers

Sonda Juno vznikla v rámci programu New Frontiers
Zdroj: https://spaceflightnow.com

Agentura samozřejmě disponuje i programem z opačné části cenového spektra. Takové mise spadají do programu New Frontiers a mají cenový limit na 850 milionech dolarů a patří sem třeba sondy jako Juno, New Horizons či OSIRIS-REx. A úplnými králi jsou mise označované jako vlajkové lodě, jejichž ceny se počítají na miliardy dolarů – sem patří namátkou Mars rover 2020 nebo Europa Clipper. NASA by ráda do budoucna využívala malé družice stále více. Technika totiž dělá významné pokroky a malé družice často zvládnou to samé, na co ještě před pár lety byla potřeba velká družice a navíc to umí i levněji.

Za významný milník v této oblasti můžeme považovat cubesaty MarCO, které vloni letěly k Marsu se sondou InSight. Cubesty postavené v kalifornské JPL měly na starost zachytávat signál z přistávajícího landeru a posílat jej na Zemi. Každý z cubesatů MarCO měl velikost 6U (byl tedy velký asi jako schránka na dopisy) a přesto přečkal několikaměsíční pobyt v meziplanetárním prostoru. Prokázal tedy, že malé družice v tomto prostředí dokáží fungovat.

MarCO v rozloženém stavu.

MarCO v rozloženém stavu.
Zdroj: https://photojournal.jpl.nasa.gov

Sdílené starty a využívání možností sekundárních nákladů chce NASA také využívat stále častěji – technika umožňuje miniaturizaci a zároveň se omezí plýtvání kapacitou raket. Samotný program SIMPLEx by mohl v příštím roce spustit další kolo výzev pro mise, které by startovaly někdy v budoucnu. „Máme představu, že bychom si vybrali nějakou primární misi – třeba nedávno vybranou Dragonfly – a vyhodnotili, zda se u ní dají či nedají očekávat rezervy v kapacitě nosné rakety. Pokud ano, začali bychom hned vyjednávat o sekundárním nákladu. Vybrali bychom nějaké projekty, aby se na nich mohlo začít pracovat, po předběžném zhodnocení návrhu bychom vybrali misi, která poletí jako sekundární náklad a pak už by jen stačilo vybrat nosnou raketu s vědomím parametrů primární i sekundární mise,“ Uvedla Mercer.

Přeloženo z:
https://spaceflightnow.com/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/solar_system_0.jpg
https://asunow.asu.edu/sites/default/files/170922_lunah-map-10.jpg
https://www.colorado.edu/…/janus_graphic.key_copy.jpg?itok=MfXGsjyc
https://www.dailycal.org/assets/uploads/2019/07/space_graphic_courtesy-900×580.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/15-217-master.png
https://www.lpi.usra.edu/planetary_news/wp-content/uploads/2019/06/SIMPLEx.jpg
https://spaceflightnow.com/wp-content/uploads/2016/06/juno_joi_lm.jpg
https://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA22317.jpg

Návrhy na levné sondy jsou dražší, než se čekalo, 5.0 out of 5 based on 12 ratings
Pin It
(Visited 2 603 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (12 votes cast)
(Visited 2 603 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


20 komentářů ke článku “Návrhy na levné sondy jsou dražší, než se čekalo”

  1. Spytihněv napsal:

    Myšlenka sekundárních nákladů se mi moc zamlouvá. A pokud jde o cenu, která se nevyvíjí podle představ NASA, asi by to chtělo trochu realistické velkorysosti a netlačit na těch 55 milionů. Tím by vznikal na týmy zbytečný tlak a buď by ořezávaly vědeckou hodnotu a nebo v horším případě by se zvyšovalo riziko nezdaru.

  2. Hawk napsal:

    Hlavne je to v tomto smeru smesna castka, hodnota dolaru je uplne nekde jinde nez byla pred 10 lety nebo v dobe Voyageru ci Apolla.

    “Důležitou změnou je, že tyto sondy mají v rámci úspor startovat jako sekundární náklady jiných misí.”

    O co NASA vice usetri o to vice jim politici budou mene ochotni zvysovat rozpocet alespon o inflaci nebo dokonce budou mit tendence jim rozpocet orezat.

    Podobne projekty jsou podle me idealni pro male kosmicke agentury.

    • Petr Groh napsal:

      NASA šetří, kde může a hlavním důvodem bude asi JWST (Webbův teleskop). Překvapuje mně, že v článku nebyl zmíněn.

      Tenhle už téměř desetimiliardový projekt musí být noční můrou pro jejich management.
      Kéž už by to letělo.

      • Dušan Majer napsal:

        V článku nebyl zmíněn, protože na to nemá vliv. NASA jen před lety zareagovala na trend miniaturizace družic a chce využít těchto možností. Neznamená to, že vyklízí pole u dražších sond – jen nechce nechat ležet ladem družice malé, které často dokáží udělat velmi zajímavou práci.

    • Dušan Majer napsal:

      S poslední větou nesouhlasím. Miniaturizace udělala velký pokrok a i malá družice dokáže udělat hodně práce. NASA by byla hloupá, kdyby opomíjela tento nový segment trhu. Je vidět, že se snaží využít všech možností. Proč sveřepě trvat na tom,že malé sondy jsou pro nás podřadné, když toho hodně zvládnou. A už vůbec nemluvím o tom, že podpora těchto projektů má příznivý vliv na vývoj nových technologií.

    • frank napsal:

      Ano hodnota dolaru je v čase jiná , na druhou stranu tyhle rozdíly se v čase celkem překvapivě mění.

      Když se člověk podívá na cenu průmyslového zboží v USA ne jen za 10 roků, ale třeba za posledních 20 let tak může být docela překvapený co se dalo za dolar koupit tehdy a dnes 🙂

      Třeba auto za 15 000 dolarů z roku 2000 by letos mělo stát 15 352,42 USD 🙂

      Inflace cen průmyslového zboží je totiž v USA za posledních 20 let zásadně nižší, než celková inflace.

      Tenhle zlom/rozchod celkové inflace (CPI) a inflace průmyslu (PPI) nastal někdy po roce 1990.

      Jinými slovy NASA, minimálně během posledního čtvrt století nijak zásadně necítí pokles hodnoty dolaru…

  3. David R. napsal:

    Úsporu nákladů na vynesení jako sekundární náklad sice chápu, ale…
    Co třeba využít klesající ceny Spacex, u vyvinout pořádný urychlovací stupeň (nebo rovnou dva) pro takto malou sondu? Let do vzdálenějších částí sluneční soustavy by se zásadně urychlil. Nebo vyvinout nějakou univerzálnější malou sondu? Těch by se udělalo třeba deset, a cena za kus by byla úplně jinde.

    • frank napsal:

      pro vzdálenější kouty naší soustavy je spíš limitem nízká produkce plutonia než nosná kapacita raket nebo malosériovost sond.

    • Dušan Majer napsal:

      Na vývoji sond bývá nejdražší jejich předstartovní testování. tím, že bychom postavili třeba deset identických sond bychom náklady za testování příliš nesnížili.

      • David R. napsal:

        Netroufnu si říci, kolik procent ceny sondy dělá testování. Troufnu si ale říci, že testování podléhá stejným zákonitostem, které snižují náklady na kus s rostoucím počtem kusů, jako jakákoli jiná etapa výroby. A proto je logicky úplně jedno, jakou část ceny testování tvoří.

        • Dušan Majer napsal:

          Ne, protože musíte testovat desetkrát víc exemplářů. Pak samozřejmě existuje ještě varianta, kterou používají třeba velmi levné cubesaty – vypustí jich deset a když jich přežije polovina, je to úspěch. Ale tento systém se nedá dost dobře škálovat – v určité fázi se dostaneme na cenu jedné družice, kdy je takový přístup neakceptovatelný. Dá se tedy používat jen u velmi levných misí, které navíc mají stejný úkol a stejný objekt zkoumání. Pokud pošleme deset sond k deseti dílům a pět nám jich selže, pak je to mnohem horší, než když těch deset sond pošleme k jednomu objektu a pět jich selže.

          • frank napsal:

            Přesně, výroba se dá celkem snadno zlevnit vyšším počtem kusů, ale pro kvalitní testování to až tak neplatí.

            Testování se v zásadě dá zlevnit jen opačným procesem, tedy testováním pouze některých z vyrobených kusů nebo snížením počtu opakování jednotlivých testů 🙂 Počet ani objem testovacích místností ( vakuum, vibrace, hluk, elektromagnetické záření) nelze v zásadě nějak moc navýšit, testovat je najednou, kvůli ovlivnění také nejde, testovacích techniků/vědců jsou také omezené počty…

            Jediná výhoda série úplně stejných sond pro testování je v tom, že se s dalšími kusy v zásadě nepřistupuje k  testování jako dosud “bez testovacího prototypu” jak je tomu u současných sond . Lze tedy očekávat vyšší ” zkušenost” s testovanou sondou.

          • David R. napsal:

            Problematika testování je natolik obsáhlá, že je to mimo rámec diskuse. Takže jen namátkou:
            Testy SW – vzhledem ke komplexností SW nejpracnější. Opravdu chcete ten samý SW testovat 10x?
            Speciální testovací stroje, přípravky… Chcete je dělat 10x?
            Management testování – definice všech testů, stanovení kritérií, pořadí atd. Chcete testovat každý kus jinak?
            Výcvik personálu – opravdu to 10x zapomenou?
            Klimakomory – objednáte 10x malou, nebo 1x větší?
            Rád Vám napíšu další příklady.

          • Dušan Majer napsal:

            Víte, já si hlavně myslím, že my, kdo jsme mimo obor, bychom měli věřit, že ti pověření vědí, co a proč dělají. Věřím, že kdyby to bylo tak jednoduché, jak píšete, tak to už každý dělá.

          • frank napsal:

            v sedmdesátých letech a na začátku osmdesátých jsem se, v rámci spolupráce a částečně i vlastní práce účastnil tzv ” zahořování elektronek” do televizních a rozhlasových vysílačů ( desetidekové až 70 kilové kousky do výkonu 250 kw, chlazené vodou nebo vzduchem), tak můžu klidně říci, že zahoření na tzv zkušebně se prostě nedalo ojebat a  a mnohaletá sériová výroba ” stále stejných kusů” stále přinášela výrobky ” s jinou charakteristikou výkonu a tak se stále za pochodu hledaly postupy které je dokázaly odstranit.
            Dělaly se vibrační zkoušky,zkoušky chladem, tepelné, samozřejmě ne tak drsné jako u kosmických sond.
            Stejně ale můžu říci, že většina “zlepšováků “, které měly zrychlit ” nevýrobní část” produkce těchto elektronek, tedy jejich zkoušky a zprovoznění na žádoucí parametry, vedla v zásadě jen k vyššímu výmětu a k celkovému snížení spolehlivosti.

            Navíc máme dobrý historický příklad právě u robotických sond, SSSR totiž kontrole nepřikládal takový důraz, zejména když se ” honil plán” k nějakému výročí, podle toho také značná část jejich tehdejších robotických sond dopadla, zejména ve srovnání životnosti, poměrně hůř než srovnatelné protějšky .

          • David R. napsal:

            Pokud někdo vyčerpá veškerou svojí energii hledáním argumentů, proč něco nejde, tak mu to samozřejmě opravdu nepůjde.
            Pak jsou tací, kteří nehledají protiargumenty, ale řešení. Nehledal bych je ale v socialistických podnicích na elektronky. Namátkou: Henry Ford, Elon Musk.

          • Dušan Majer napsal:

            Aneb v kosmických agenturách jsou samí hlupáci, kteří čekají, až jim podobně přelomovou myšlenku poradí čtenář českého webu o kosmonautice. 😉

Zanechte komentář