V tomto blogovém příspěvku se podíváme na to, jak malé, ale výkonné nanosatelity změnily pozorování vesmíru a jak revoluční byly z hlediska nákladů a technologií.
Lidé vždy pozorovali své okolí. Z těchto pozorování jsme získali nové poznatky, které jsme využili k rozvoji civilizace a zlepšení kvality našeho života. Rozsah lidského pozorování sahá za hranice Země, na které žijeme, do vesmíru, který ji obklopuje, včetně pohybu hvězd, Slunce a Měsíce. Tato pozorování prohloubila naše chápání přírodních jevů a vedla k inovativnímu vývoji v různých oblastech, jako je zemědělství, navigace a architektura. Ve srovnání se Zemí je však vesmír tak obrovský, že jeho pozorování je mnohem obtížnější než pozorování zemského povrchu. Z tohoto důvodu jsou k pozorování vesmíru nezbytné dobré pozorovací nástroje. V minulosti Galileo pozoroval vesmír pomocí dalekohledu, který postavil, ale dnes pozorujeme vesmír pomocí umělých družic, které jsou mnohem cennějšími nástroji než dalekohledy.
Protože je však vesmír tak rozlehlý, mnoho lidí si může myslet, že umělé družice používané k pozorování vesmíru musí být velké. S mými spolužáky, kteří studujeme strojírenství a letecké inženýrství, jsme tuto myšlenku měli také, dokud jsme neabsolvovali úvodní kurz leteckého inženýrství. Existují však malé umělé družice zvané „nanosatelity“, které se zdají být malé a nesourodé s rozlehlostí vesmíru. Co jsou tyto nanosatelity a jak pozorují vesmír?
Družice je nebeské těleso, které obíhá kolem planety v důsledku gravitačních sil, a umělá družice je družice, která byla uměle vypuštěna lidmi. Tyto umělé družice se obecně klasifikují podle své velikosti a liší se i jejich funkce. V závislosti na velikosti se umělé družice dělí na velké družice (1 000 kg a více), střední družice (500 až 1 000 kg), malé družice (100 až 500 kg) a nanosatelity, které budou vysvětleny v tomto článku. Velké družice se většinou používají pro komunikaci, počasí a vojenské účely, zatímco střední družice se používají jako praktické družice pro pozorování Země pro ověřování technologií. Malé družice jsou většinou družice, které obíhají na nízké oběžné dráze Země a používají se také pro průzkum Měsíce a planet.
Co jsou tedy nanosatelity? Ačkoli pro nanosatelity neexistují žádné jasné standardy, obecně se definují jako družice o hmotnosti menší než 10 kg. Vzhledem ke své malé velikosti mají nanosatelity mnoho výhod a funkcí, které těchto výhod využívají. Největší výhodou je jejich levnost. Vypuštění typické družice stojí 100 až 300 milionů dolarů. Vzhledem k tomu, že jihokorejský rozpočet na kosmický průmysl v roce 2023 činí přibližně 450 milionů dolarů, je vypuštění družice spojeno s obrovskou ekonomickou zátěží. V případě nanosatelitů však náklady na vypuštění jedné družice činí pouze přibližně 1 až 3 miliony dolarů. Jinými slovy, za cenu vypuštění jedné konvenční družice můžete vypustit mnohem více nanosatelitů.
Ve vědě platí, že při pozorování faktů nebo hledání důkazů na podporu nějakého tvrzení platí, že čím více dat je k dispozici, tím jsou spolehlivější. Schopnost vypouštět nanosatelity opakovaně s nízkými náklady má proto výhodu ve zvýšení spolehlivosti pozorování pomocí nanosatelitů. Například hlavním posláním nanosatelitů je zkoumat termosféru, což je horní vrstva atmosféry, konkrétně spodní termosféra v nadmořské výšce 90 až 300 km. Při pozorování atmosféry umělé družice generují teplo v důsledku tření o vzduch, bez ohledu na svou velikost, a to způsobuje jejich po určité době shoření. Použitím levných nanosatelitů namísto drahých konvenčních družic je proto možné získat větší množství dat ekonomičtěji.
Navíc, protože jsou levné, existuje menší riziko selhání ve srovnání s konvenčními satelity, což je výhodné pro vývoj a ověřování technologie. Předpokládejme například, že jste vyvinuli technologii, kterou lze aplikovat na jiné satelity. Kvůli gravitaci na Zemi je nemožné určit, zda lze tuto technologii použít v beztížném prostředí. V tomto případě můžete k instalaci technologie na palubu použít levný nanosatelit a vypustit ji do vesmíru, abyste ověřili její účinnost. Nanosatelity jsou navíc malé a lehké, takže jejich struktura není složitá a snadno se sestavují. V současné době se součásti nanosatelitů již prodávají ve formě stavebnic, což je činí snadno dostupnými nejen odborníkům, ale i laikům. Využitím těchto výhod je možné v době, kdy je obtížné získat data z konvenčních satelitů, získat data pomocí nanosatelitů.
Jedním z nejreprezentativnějších nanosatelitů je CubeSat. CubeSat je družice o délce, šířce a výšce přibližně 10 cm. V současné době mnoho zemí světa, včetně Spojených států, Německa a Japonska, CubeSat hojně využívá a zaměřuje se na jeho rozvoj kvůli jeho malým rozměrům a nízkým nákladům, které umožňují jeho využití pro různé vesmírné experimenty. Jedním z příkladů je program pozorování vesmírného počasí CubeSat, který propaguje americké letectvo. Program pozorování vesmírného počasí CubeSat je program vedený Spojenými státy, jehož cílem je pozorovat vesmírné počasí pomocí dvou CubeSatů, protože vesmírné počasí (vrchní vrstva atmosféry) se stává stále důležitějším kvůli velkému počtu kosmických lodí cestujících vesmírem a umělých družic obíhajících kolem Země v moderní době. Kromě amerického letectva se CubeSaty aktivně používají také ve výzkumu na různých univerzitách, včetně Arizony, Stanfordu a MIT. Program CubeSat XI-IV na Tokijské univerzitě v Japonsku je úspěšný program, v jehož rámci CubeSat vypuštěný v roce 2003 stále funguje správně. V současné době Korejská letecká univerzita a Univerzita Kyung Hee provádějí výzkum CubeSatů neboli nanosatelitů.
V moderní době se letecký průmysl stává celosvětově stále důležitějším a většina rozvinutých zemí do něj investuje značné prostředky. V této době, kdy je vesmír tak důležitý, se nanosatelity, které jsou ekonomické a pohodlné pro pozorování vesmíru, stanou v budoucnu ještě populárnějšími. Účelem tohoto článku je seznámit širokou veřejnost žijící v této době s významem nanosatelitů v moderním kosmickém věku a poskytnout základní vysvětlení, co to je.
