Mars – nejoblíbenější a nejčastěji navštěvovaná planeta Sluneční soustavy

Nachází se v našem nejbližším kosmickém sousedství. Dobře se pozoruje pozemskými teleskopy a je vidět i neozbrojenýma očima. Už od starověku přitahoval pozornost hvězdářů svou zvláštní, načervenalou barvou.

Fascinuje nás dodnes – není tedy divu, že se právě k této planetě vydalo největší množství pozemských sond.

Kosmické sondy se k němu přiblíží během několika měsíců, přesto není přistání na Marsu běžným, ani jednoduchým počinem.

Cesta k němu trvá v ideálním případě 237 – 280 dní. Díky eliptické dráze Marsu totiž jeho vzdálenost od naší rodné planety kolísá mezi 55 a 101 milióny kilometrů. Jeden rok na Marsu (tedy jeden oběh kolem Slunce) odpovídá zhruba dvěma pozemským rokům. Čas od času je vzájemná pozice Země a Marsu velice výhodná – otevírá se tzv. „startovací okno“.

Startovací okno

 je v kosmonautice omezený, většinou poměrně krátký časový úsek, v němž může být vypuštěna sonda bez použití neúnosně velkého množství paliva. Dráha bývá zvolena tak, aby se sonda a cílová planeta setkaly v jednom bodě. Při meziplanetárních letech existuje optimální datum, kdy je vzájemné postavení Země a cíle nejvýhodnější z hlediska množství paliva nebo příletového času k němu. Startovací okno však trvá i jistý čas před a po optimálním datu. Mimo startovacího okna není možné cíl danými prostředky dosáhnout.

Dobývání Marsu začalo v šedesátých letech. Z dosavadních zhruba 40 misí ztroskotala téměř polovina, a to hlavně při přistání na planetě. Na vině byla nedokonalá technika, ale také místní proměnlivé podmínky. Marsova atmosféra se mění v závislosti na denní době a na ročním období. Tlak na povrchu Marsu se kolísá až o 30 %. Není proto úplně jednoduché odhadnout a připravit přistávací procedury.

Šedesátá léta

Šedesátá léta byla poznamenána soubojem dvou velmocí, USA a Sovětského Svazu. Prvenství v té či oné kategorii bylo okamžitě použito k propagandě.

Na oběžnou dráhu kolem Země se jako první dostal Sovět Jurij Gagarin. Na Měsíc se pro změnu jako první podíval Američan. Souboj o Venuši „vyhrály“ sovětské sondy, u Marsu měli větší štěstí a úspěch Američané.

Startovací okno pro cesty k Marsu se otevírá zhruba každé dva roky, když se obě planety nacházejí relativně blízko sebe. 

Po dvou neúspěšných sovětských pokusech v roce 1960, které skončily selháním pohonné jednotky, se v listopadu 1962 vydala k Marsu série tří sovětských sond. První z nich dosáhla jen oběžné dráhy Země a byla promptně  a diplomaticky přejmenována na „Sputnik 22“. Když o něco později na oběžné dráze kolem Země explodovala, způsobily její zbytky mezinárodní krizi. Trosky, které se po zániku začaly snášet k Zemi, samozřejmě vyplašily americký varovný systém, který byl v pohotovosti kvůli kubánské krizi.  

První pozemská sonda, která se dostala k Marsu, byla sovětská Mars 1, která startovala v roce 1962. Protože bylo ale už při startu poškozeno polohovací zařízení, které koordinovalo její natočení směrem k Zemi, byl signál, kterým komunikovala, stále slabší až slabší. Ve vzdálenosti 106 miliónu kilometrů pak ustal nadobro. Bylo to ještě před přistáním na Marsu. Sonda proletěla kolem Marsu v roce 1963, aniž by měla kontakt se Zemí. K jeho opětovnému navázání došlo až později. I když Mars minula. Údaje, které nasbírala, pomohly ve vývoji následujících misí.

I třetí sesterská sovětská sonda z roku 1962 skončila svou pouť na oběžné dráze kolem Země. Poté, co selhaly motory, které jí měly dát urychlení na cestu k Marsu, dostala jméno „Sputnik 24“. Shořela v atmosféře dva měsíce po startu.

Sovětský Svaz vyvíjel v roce 1964 novou startovací raketu a proto využil startovací okno k Marsu jen pro jednu jedinou sondu. Američané toho roku vyslali k Marsu hned dvě sondy:  Mariner 3 a 4. Obě byly identické a měly stejné vybavení. Pokud jedna z nich selže, měla ji druhá nahradit.  První z nich, Mariner 3 ztratila radiové spojení se základnou už po devíti hodinách letu. Nepodařilo se jí otevřít sluneční kolektory. Nový, lehký materiál (skelné vlákno) krycího pláště sondy se totiž během startu spekl a přilepil se na její povrch.

O tři týdny později startovala k Marsu sonda Mariner 4. U ní už byl použit původní, těžší ale stabilnější plášť z kovu. Sonda doletěla k Marsu bez problémů. Podařilo se jí poprvé vyfotografovat planetu zblízka. Z výšky 10 000 km zachytila  její povrch hned 22x. Některé snímky byly sice nepoužitelné, zbytek jich ale ukazuje Marsův povrch, který se v ničem podstatném neliší například od měsíčního povrchu. Kromě toho provedla sonda měření atmosféry a potvrdila, že se skládá převážně z CO2. Naměřila u Marsu slabé magnetické pole. Občasný kontakt se základnou na Zemi měla tato sonda ještě v roce 1967. Její záložní „sestra“, Mariner 5 byla později „recyklována“. Obdržela jiné přístroje a absolvovala cestu k Venuši.

Sovětský Svaz vypustil během startovacího okna v roce 1964 sondu „Sond 2“. Byla to nejspíš přepracovaná měsíční sonda. Při startu došlo k poškození, takže se otevřel jen jeden ze dvou solárních panelů. Díky tomu měla sonda velice málo energie. Řídící středisko ztratilo kontakt v době, kdy byla vzdálena 95 miliónů kilometrů.

Vzhledem k tomu, že souboj „o první průlet kolem Marsu“ pro sebe rozhodly USA, soustředily se teď obě mocnosti na vývoj orbitální sondy, která by mohla zakotvit na oběžné dráze Marsu a která by mohla planetu delší dobu studovat.

Další americké sondy se proto vydaly k Marsu až v roce 1969. Mariner 6 a 7  byly větší a nesly více přístrojů. Zaměřily se na výzkum atmosféry. Provedly také první důvěryhodné chemické analýzy a zjistily její složení. Kromě toho pořídily přes 200 snímků, na kterých zachytily 20 % povrchu planety.  

Stejně jako USA, se i Sovětský Svaz v té době koncentroval na vývoj těžších a stabilnějších sond, které by mohly pracovat na oběžné dráze Marsu.

„Mars 1969A“ se nedostala ani na oběžnou dráhu Země. Explodovala krátce startu. Stejný osud sdílela i její sesterská sonda Mars F, u které vybuchla pohonná jednotka už několik sekund po startu.

Sedmdesátá léta

V roce 1971 se otevřelo velice výhodné startovací okno, které sondám dovolilo nižší úvodní rychlost a tím pádem i nižší rychlost, se kterou vstoupí na oběžnou dráhu Marsu. Sondy, které okna využily bylo nutno tedy i méně brzdit, musely na palubě nést méně paliva. Celkově výhodnou pozici se rozhodly využít obě velmoci. USA naplánovaly misi Mariner 8 a 9, Sověti sondy Mars 2 a 3.

Mariner 8 měl spolu se svou sesterskou sondou za úkol kartografii Marsu. Mariner 8 měl zaujmout oběžnou dráhu, která ho přivede nad severní polokouli, Mariner 9 nad jižní. První sesterská sonda měla při startu smůlu. Poté, co selhala řídící jednotka nosné rakety, se zřítila do oceánu. Později se mělo ukázat, že za nehodu mohla vadná dioda, součástka, která stála jen několik centů.

V závodě o další prvenství (první přistávací modul na povrchu Marsu) chtěl Sovětský Svaz vyslat hned tři sondy. První z nich měla mít vyšší rychlost, předstihnout ostatní sondy a dorazit k Marsu jako první. Měla zaujmout místo na oběžné dráze a vybrat pak místo, na kterém by se vyplatilo přistát pozemnímu modulu, který k planetě dorazí později.

Tuto úlohu převzala relativně těžká Kosmos 419. Měla na palubě dostatek paliva na to,  aby mohla zabrzdit u planety a zaujmout své místo na její oběžné dráze. Jak už asi tušíte a jak je vidět z jejího "maskovaného" názvu, selhala. Díky chybě v programování (špatně zadanému momentu, ve kterém měl začít pracovat poslední stupeň nosné rakety, se dostala jen na oběžnou dráhu kolem Země. Jak to bylo tehdy ve zvyku, dostala nenápadné jméno Kosmos 419, aby ji nikdo nemohl identifikovat jako neúspěch. Shořela pak v naší atmosféře dva dny po startu.

Sovětská sonda s přistávacím modulem  Mars 2 přiletěla k planetě ve stejném roce, 1971. Její start i let proběhl bez problémů. Přistání se ale nezdařilo. Modul se dostal do atmosféry pod špatným úhlem, takže selhaly jeho padáky. Sonda se tak roztříštila o povrch Marsu v oblasti Hellas. Orbitální část obletěla planetu 362x. Snímkovala povrch z oběžné dráhy, pracovala až do roku 1972. Protože ale na planetě v té době vypukla rozsáhlá prachová bouře, nebyly její snímky příliš kvalitní. Když bouře ustala, byl film, na který sonda snímky ukládala, už vypotřebován. Stala se tak první „obětí“ nevypočitatelnosti planetárního počasí.

Stejného startovacího okna využila v roce 1971 ještě sonda Mars 3. Také ona doletěla k planetě bez větších problémů. Její přistávací modul dosáhl povrchu planety neporušen, pracoval ale jen 20 vteřin. Dodnes není úplně jasné, co se s ním vlastně stalo. Mohly za přerušení spojení se Zemí problémy při přistání? Sonda se možná převrhla, nebo na ni spadl část jejího vlastního padáku. Orbitální část pracovala do roku 1972. Nacházela se na velice eliptické dráze, proto se Marsu přiblížila jen každých 11 dní. Experiment na její palubě přesto prokázal ionty v atmosféře Marsu.

Také USA vyslaly v tomto startovacím okně druhou sondu  - Mariner 9. Vzhledem k tomu, že její sesterská sonda, která se měla koncentrovat na severní polokouli, při startu selhala, musela být během letu Mariner 9 přeprogramována. Sonda pak kartografovala planetu, fotografovala vulkány i polární čepičky planety. Zachytila také oba Marsovy měsíce, Phobos a Deimos. Zaslala na Zemi celkem 7329 fotografií. Množství dat, které sonda poskytla bylo na tehdejší dobu opravdu úctyhodné – Mariner 9  zaslal celkem  54 Gigabitů informací. Na její počest dostal obří kanál, protínající Marsův povrch, název  „Vale Marinaris“.

Nacházíme se v roce 1973 a závod „o Mars“ pokračuje. USA započaly vývoj mise Viking, která měla startovat v roce 1975. Sovětský Svaz se rozhodl Američany předejít a vyslat další mise už během tohoto startovacího okna. Jelikož byly tentokrát podmínky pro start a dosažení Marsu horší než v roce 1971, musely mít sondy na palubě více paliva a méně vědeckých instrumentů. Byly tedy rozděleny do čtyřech misí – dvě orbitální sondy a dvě sondy s přistávacími moduly. Dostaly jména Mars 4, 5,  6 a 7. Všechny měly problémy.

Jako první měly odstartovat obě orbitální stanice, které měly převzít komunikaci s přistávacími moduly. Už před startem se objevil jeden zásadní problém – nečekaně vysoká koroze na spojích určitých tranzistorů. Ukázalo se, že v rámci úsporných opatření přestal jejich výrobce  pro spoje používat zlato. Nahradil jej hliníkem, který měl ovšem životnost maximálně dva roky. Pravděpodobnost, že sondy dosáhnou Mars neporušené, tedy rapidně klesla. Přesto se politbyro rozhodlo, že sondy poletí.

Mars 4 odstartovala bez problémů. Ty na sebe ale podle očekávání nenechaly dlouho čekat, když vadné spoje transistorů způsobily výpadek palubního počítače. Sonda se stala víceméně neovladatelnou. Protože se už nedaly ani zapnout brzdící motory, musela Mars minout. Během průletu kolem něj alespoň pořídila několik snímků a změřila jeho ionosféru. Prokázala tak poprvé existenci ionosféry na Slunci odvrácené, noční straně planety.  Sonda pak skončila na oběžné dráze kolem Slunce, kde měřila sluneční vítr a kosmické záření.

Mars 5 odstartovala bez problémů, stejně tak se dostala i na oběžnou dráhu kolem Marsu. Ukázalo se ale, že ztrácí vzduch. Na vině byl nejspíš mikrometeorit, který sondu poškodil. Vzhledem k tomu, že její přístroje pracovaly v podmínkách, jaké panují na Zemi, tedy i za přítomnosti vzduchu a odpovídajícího tlaku, byl únik atmosféry ze sondy velkým problémem. Přístroje se neuměly adaptovat na vakuum. Chlazení například spoléhalo na větrání vzduchem. Vědecký program se tedy musel zkrátit a urychlit. Sonda zachytila kolem stovky snímků podobné kvality, jaké zaslal na Zem Mariner 9. Objevila také slabé magnetické pole Marsu. Poté selhala komunikace, nejspíš jako následek poklesu atmosférického tlaku uvnitř sondy.

Mars 6 byl název pro jeden z obou přistávacích modulů. I ten doplatil na vadné tranzistory na své palubě. Řídící středisko s ním ztratilo kontakt už během letu k Marsu. Sonda kupodivu sama a bez pomoci ze Země přešla k přistávacímu manévru. Podařilo se jí přistát na planetě, hned poté se ale odmlčela. Není zcela jasné, jaký osud ji potkal. Je možné, že se převrhla nebo roztříštila při přistání. Data, která zaslala orbitálnímu modulu, byla nepřesná a diskutabilní. Orbitální část navíc v té době sama trpěla degenerovanými tranzistory. Vadné součástky ještě více znehodnotily data, zasílaná k Zemi. 

Sondu Mars 7 postihl podobný osud – už během cesty k Marsu částečně ztratila komunikaci se Zemí. Nejspíš vlivem výpadku elektroniky se nezdařil ani přistávací manévr. Přistávací část se oddělila příliš brzy, sonda tak kolem Marsu jen proletěla. Skončila na oběžné dráze kolem Slunce.

Fiaskem všech čtyřech sond se znovu potvrdilo, že i malá chyba může mít v kosmonautice obrovské následky. Podobnou zkušenost udělala mise Mariner 8 v USA, když ztratila jednu sondu díky výpadku jedné jediné diody.

Přichází rok 1975 a na scénu vchází mise Vinking 1 a 2. Sovětský Svaz se v této době zabýval návštěvami na Venuši a k Marsu v tomto startovacím oknu už žádnou další sondu nevyslal. Souboj „o Mars“ definitivně vyhrály USA.

Obě sondy programu Viking byly sestaveny z orbitálního a přistávacího modulu. Hlavním cílem této mise už nebyla kartografie. Sondy tentokrát hledaly stopy života na Marsu. Pořizovaly také snímky s vysokým rozlišením a zkoumaly i složení atmosféry.

Sonda zaujala na oběžné dráze nejprve  geostacionární (tedy vůči povrchu planety stálou) pozici. Zhruba měsíc pak vědci hledali příhodné místo pro přistání povrchového modulu. Přistávací modul sondy Viking měl přistát v roce 1976, v oblasti Chryse Planitia. Zvolili pro něj co nejníže položenou oblast a doufali, že řídká atmosféra v ní bude přeci jen o něco hustší a dovolí použití padáku, jehož brzdný účinek závisí právě na hustotě atmosféry.

Vikingu 1 byl převeden na nižší oběžnou dráhu. V nejnižším bodě byl odděle přistávací modul. Orbitální část byla znovu vyvedena na vyšší dráhu, zatímco přistávací modul se vydal k povrchu planety. Zabržděn byl výše zmíněným padákem a raketovým motorem. Sonda fungovala až do roku 1982, tedy celých šest let.

Přistávací modul druhé sondy, Viking 2 byl vysazen na severní plošině Utopia, v daleko nepříznivějších klimatických podmínkách. Pracoval proto jen do roku 1980. Obě sondy byly enormně úspěšné. Orbitální části sond zaslaly na Zemi přes 56 000 snímků, přistávací moduly pak 4500.  Zdokumentovaly proměny během jednotlivých ročních období na Marsu a provedly nespočet experimentů. Sondy se staly právem obrovským úspěchem americké kosmonautiky.

¦¦¦¦¦

Tím skončila první část průzkumu Marsu, doba, která se dá nazvat průkopnickou. Často přemrštěné nároky, příliš rychlé závody ve vývoji techniky – vedly nezřídka ke kolapsu celých kompletních misí.

Obě velmoci se ale ze svých chyb poučily.

Dnes jsme zvyklí, že se mise k cizím tělesům Sluneční soustavy daří. Případné problémy,  které nelze při dobývání nových „hranic poznání“ nikdy vyloučit, dnes vnímáme jako selhání. Věda a technika, kterou  dnes mají vědci k dispozici, nás rozmazlila natolik, že možná už ani nevnímáme, jak velkou dávku štěstí potřebují tyto novodobé expedice i přesto, že se mohou spolehnout na dokonalost počítačových výpočtů a spolehlivost prozkoušených raketových motorů. 

Příště: Příště: Mars – 80. a 90. léta – nové cíle, nové hranice