NASA buduje internet pro Měsíc. Jmenuje se Andromeda a budeme díky ní těžit led

Když NASA v roce 2017 vyrukovala s odvážným programem Artemis, který si kladl za cíl znovu dopravit Američany na měsíční povrch – a to ještě v tomto desetiletí –, mnozí jen kroutili hlavou s tím, jaký to bude mít reálný přínos a jestli je to po konci bitvy o vesmír mezi USA a tehdejším SSSR vůbec obhajitelné před tamním daňovým poplatníkem.

Artemis nicméně směle pokračuje dál a v laboratořích JPL dnem i nocí projektují nejen ještě relativně jednoduchou krátkou misi s lidskou posádkou, ale i trvalejší osídlení Měsíce s vidinou toho, že se z něj stane předsunutá základna pro lety k Marsu a ještě mnohem dál.

Aby jednou mohli Měsíčňané provádět dlouhodobější povrchový průzkum, budou potřebovat mimo jiné dvě věci:

• Lunární GPS
• Nějakou formu místní telekomunikační sítě

Už se na tom pracuje a součástí toho druhého jmenovaného pilíře by měla být třeba i americká pobočka Nokie, která už před lety vyhrála jeden z tendrů na vývoj lunární mobilní sítě na bázi pozemského 4G/LTE.

Andromeda je Iridium, Starlink a GPS pro Měsíc

NASA ale samozřejmě studuje i další možnosti a jednou z nich je satelitní telekomunikační síť Andromeda, o kterou by se měl zase postarat italský družicový konstruktér Argotec. Zatímco laboratoř JPL vyvine samotné telekomunikační protokoly, italská fabrika dodá 24 malých satelitů – cubesatů.

Minisatelit systému Andromeda

Když by tedy Měsíčňan odjel čtyřkolkou hledat třeba vodu, se základnou se spojí skrze satelitní telefon a právě jednu z družic Argotecu. No, a pokud by si chtěl zavolat rovnou do ústředí NASA, i o to se postará jedna z oběžnic nad hlavou, která bude mít mnohem výkonnější rádiový vysílač, takže lunární telefon se opravdu vejde do kapsy.

Dostatečné množství družic nad obzorem by nakonec mělo posloužit i k lokalizaci v terénu, na kterou se často zapomíná. Zatímco na zemském povrchu se o vše starají satelity GPS, Galilea, čínského BeiDou a ruského Glonassu, na vzdálených planetách a Měsíci nic podobného doposud neexistuje.

Pokud chceme těžit led, potřebujeme síť

Andromeda sice zatím existuje pouze na papíře, její realizace je však pro trvale osídlený Měsíc a jeho průzkum naprosto klíčová.

V roce 2018 NASA oficiálně potvrdila, že se v oblastech okolo jižního a severního pólu nachází prehistorický povrchový led.

Povrchový vodní led na jižním a severním měsíčním pólu (Foto: NASA)

Není to úplně poprvé. Vodu v pevném skupenství na Měsíci odhalila během řízeného dopadu i sonda LCROSS z roku 2009. Tehdy šlo ale o led pod povrchem, jehož dolování je momentálně zcela mimo současný stav technologie a vědy.

V případě toho polárního ve věčných stínech tamních kráterů, které nikdy neozáří sluneční paprsky, by se však mělo jednat o vrstvičku ledových a strojově snadněji zpracovatelných povrchových krystalků.

Rozvířený prach po řízeném dopadu části sondy LCROSS do kráteru. Měřící čidla objevila díky odkrytému povrchu led (Foto: NASA)

Tak či onak se jedná o prehistorickou vodu starou miliardy let, která se na měsíční povrch dostala díky dopadům cizích těles. Lidem může posloužit jako základní chemická substance pro delší život, ale i pro výrobu paliva. 

Fotky z Marsu cestují skrze podobnou síť

Fajn, takže vodu bychom měli a nejspíše bude i snadno dostupná, ale má to jeden háček. Polární oblasti patří společně s odvrácenou stranou Měsíce k místům bez přímé, nebo s velmi omezenou viditelností ze Země, jakýkoliv soustavnější robotický průzkum těchto lokalit proto vyžaduje stavbu družicové telekomunikační sítě.

Mars Relay Network a jeho aktuální konstelace v aplikaci NASA Eyes

Sítě, kterou v mnohem jednodušší podobě používají NASA a ESA i na Marsu. Tamní rovery posílají obrázky ve vysokém rozlišení jen díky stárnoucím americkým a evropským družicím, které jsou dnes součástí systému Mars Realy Network a průběžně vycházejí nad marsovským obzorem.

Roboti na povrchu se s nimi mohou teoreticky spojit až rychlostí 2 Mb/s, což není vůbec špatné. Kdyby měla vozítka Perseverance a Curiosity odesílat gigabajty fotek a vědeckých měření přímo skrze své slaboučké a žalostně pomalé SKV vysílače (rychlost odesílání zhruba 16 až 800 bitů za sekundu), k Zemi by jich doputoval jen zlomek.

Čtyři dráhy po šesti družicích

Zatímco marsovskou telekomunikační síť tvoří starší družicové mise s vlastními úkoly, Andromeda je takovým měsíčním Starlinkem a Iridiem postaveným pro jeden jediný účel. Díky tomu by měly mít satelity na míru upravené oběžné dráhy.

Družice Andromedy v periapsidě (Foto: Argotec) 

NASA a Argotec počítají se čtyřmi eliptickými a silně protáhlými dráhami. Na každé z nich bude okolo Měsíce kroužit ve dvanáctihodinovém intervalu šest malých oběžnic, které by měly jen s krátkými výpadky pokrýt celý povrch.

Extrémní dráha zajistí dobrý signál

Nejblíže se každý ze satelitů dostane k povrchu na vzdálenost 720 kilometrů (periapsida), zatímco v opačném bodě to bude 8 090 kilometrů (apoapsida). K čemu je takový obrovský rozdíl vlastně dobrý?

Je to prosté. Když se bude družice vzdalovat do nejvzdálenějšího místa, bude se pohybovat nejpomaleji a bude také z daného místa Měsíce nejdéle vidět. Naopak když se bude přibližovat a prolétne periapsidou, Měsíčňané budou moci jejích služeb využívat nejkratší dobu.

Čtyři výrazně protáhlé dráhy Andromedy (Foto: Argotec/NASA/IEEE Spectrum)

Inženýři z NASA tímto způsobem mohou nastavit klíčové oblasti Měsíce – jakési hotspoty –, ve kterých bude signál Andromedy stále k dispozici, protože nad obzor vždy vykoukne některá z družic (byť třeba hodně daleko a s vyšší komunikační latencí), zatímco v těch nejméně zajímavých místech, nad kterými družice prolétnou nejrychleji, bude signál Andromedy s malými výpadky.

Satelit jednoduše rychleji zapadne za obzor a Měsíčňan, nebo nějaké robotické vozítko, si holt pár minut počká na východ dalšího v pořadí. Stejně jako na Marsu.

Obří teleskop na odvrácené straně Měsíce

Prioritní jsou právě polární oblasti s ledem, kde by měly být nad obzorem vždy alespoň tři družice Andromedy, ale také rovník na odvrácené straně Měsíce. Proč zrovna ten?

Díky nejdokonalejšímu možnému stínění masy obřího tělesa by totiž právě zde mohla jednou NASA společně s ESA a dalšími partnery postavit obrovský rádiový teleskop, který nebude rušit jak blízká Země, tak i Slunce.

Kráterový radioteleskop na odvrácené straně Měsíce (Foto: NASA)

Mimochodem, nemuselo by to to být konstrukčně až tak složité, jako přirozená parabola antény totiž v představách inženýrů poslouží některý z tamních menších a geometricky téměř dokonalých kráterů.

NASA už ho vyvíjí a existují rovnou dva

Zní to možná trošku bláznivě, ale NASA už má hrubě rozpracované dva projekty. První se jmenuje LCRT (Lunar Crater Radio Telescope), no a druhý pod názvem FARSIDE (Farside Array for Radio Science Investigations of the Dark ages and Exoplanets) zase rozvíjí Coloradská univerzita.

Jak postavit teleskop LCTR na svazích kráteru (Foto: NASA) 

Obří rádiové přijímače by přitom samozřejmě nestavěli lidé, ale roboti. V srdci teleskopu přistane statická sonda – samotný přijímač, no a malé rovery pak po ploše kráteru roztáhnou síť vodičů antény.

Anténa a rádiový přijímač FARSIDE v představách vědců z Coloradské univerzity

Snad vše neskončí jen u For All Mankind

Ať už LCTR, nebo FARSIDE se však neobejde bez rádiového spojení se Zemí, a jedinou možností, jak toho docílit, je právě telekomunikační družicová síť Andromeda.

Na papíře už rámcově existuje, takže můžeme jen tiše doufat, že se toho všeho jednou dožijeme a Měsíc znovu ožije nejen v seriálu For All Mankind.