První československá družice Magion 1 startovala 24. října 1978 z ruského kosmodromu Pleseck raketou Kosmos-3M spolu s družicí Interkosmos 18. Jejím cílem byl výzkum nízkofrekvenčních elektromagnetických jevů v magnetosféře a ionosféře. Experiment skončil 10. září 1981, kdy družice shořela v zemské atmosféře.
Krásný tvar družice Magion 1
Povrch Magionu 1 pokrývala lesklá tmavomodrá sklíčka panelů slunečních baterií, které družici dodávaly elektrický proud do chemických baterií, ze kterých čerpaly energii zapínané vědecké přístroje.
Na první pohled masivní držadlo byla cívka s 18 tisíci závity, která fungovala jako magnetická anténa. Rozvinovací pásek dlouhý dva metry tvořil anténu pro zachycování elektrické složky elektromagnetických vln. Dvě kratší páskové antény přijímaly povely z Panské Vsi a dvě další byly určeny k vysílání získaných údajů na pozemní stanici.
Přístroje pro měření fyzikálních charakteristik tvořil Geiger-Müllerovým počítač záření, měřič nízkofrekvenčního elektromagnetického pole, 16kanálový frekvenční analyzátor a experimentem s měřením elektrického a magnetického pole do frekvence 16 kHz.
Družice byla orientovaná podle magnetického pole Země. Z tohoto důvodu byla vybavena permanentními magnety (uschovanými v rozích). Chovala se tedy vlastně jako střelka kompasu. Díky tomu, že se kolem osy stabilizace pomalu otáčela jednou za tři minuty, byl její povrch rovnoměrně ozařován Sluncem a zajištěna požadovaná teplota +10 stupňů Celsia. Aby se některé části i tak nepřehřívaly, byly kovové části povrchu pokryty tenkou vrstvou zlata a kostra družice vyrobena z hliníku.
Telemetrický systém disponoval digitální pamětí s kapacitou pouhých 1024 osmibitových slov, která sloužila pro záznam tří desítek vybraných parametrů po dobu hodiny a půl. Veškeré měřené údaje se tedy posílaly do zemního centra v přímém přenosu, proto se detektory aktivovaly – automaticky nebo na povel ze země, při průchodu družice zónou radiové viditelnosti řídicí stanice v Panské vsi. Jinak zůstávaly v provozu jen nejnutnější přístroje.
Podrobněji o Magionu 1
Studium Slunce a vnějšího okolí Země, které bylo těžištěm československé účasti na družicových experimentech programu Interkosmos od sedmdesátých let 20. století, připomíná spojitou nádobu. Zatímco astronomové zkoumali činnost naší hvězdy a její projevy v meziplanetárním prostoru, geofyzici se snažili objasnit působení Slunce na prostředí, které obklopuje naši planetu, a jeho vliv na fyzikální procesy odehrávající se v atmosféře, na povrchu planety a možná i v jejích hlubinách.
Částice ze Slunce totiž vyvolávají v zemské atmosféře magnetické bouře – a ty mají vliv na rádiové spojení i na dálkové trasy elektřiny, na dlouhodobé výkyvy počasí a změny klimatu. V poslední době sluneční částice také reagují se zplodinami z elektráren, průmyslu, letadel, aut, raket, ledniček a sprejů, z vypalování lesů i obdělávání půdy. Bohužel většina těchto vztahů není jasná, vědci je spíše tuší, a proto se je snaží pochopit a vysvětlit.
První družice objevily, že Zemi obklopuje soustava radiačních pásů, které ji podkovovitě obepínají od pólu k pólu a koncentrují nebezpečné částice kosmického záření. Podle jejich amerického objevitele se jim říká Van Allenovy pásy. Samotný pobyt kosmonautů v radiačních pásech je přitom velkým rizikem – hrozí nemoc z ozáření.
Je zajímavé, že tyto pásy svým způsobem dýchají – na denní straně, blíže ke Slunci, jsou silnější, zatímco na straně odvrácené naopak zploštěné. A sluneční vítr, jak se říká částicím vyvrhovaným Sluncem, ovlivňuje i magnetosféru – na noční straně vytváří jakýsi ohon magnetických siločar, který se táhne až za dráhu Měsíce, zatímco na straně denní je magnetická „dutina“ tímto větrem stlačena. Uspořádání magnetosféry umožňuje slunečním částicím, aby v některých oblastech pronikaly poměrně snadno do větších hloubek atmosféry a spouštěly procesy, které v důsledku pociťujeme i na Zemi.
V epoše předkosmické studovali vědci ionosféru nepřímo – především pomocí rádiových vln. Rádiový paprsek vyslaný kolmo vzhůru se v závislosti na kmitočtu odráží od určité ionosférické vrstvy a mateřská stanice jej opět zachycuje. Získaný signál se samozřejmě liší od signálu vyslaného – jsou v něm zašifrovány vlastnosti prostředí, kterým proletěl. Také používali balony anebo výškové rakety, ale spíše výjimečně.
Geofyzici se snažili získané informace rozluštit, pokoušeli se z nich odvodit vlastnosti ionizovaného plynu a objasnit procesy, které v něm probíhají. Bohužel vždycky mohli dostávat údaje jenom z omezeného prostoru, širší obraz o zemské atmosféře vytvářeli pracným srovnáváním výsledků z celé řady stanic za léta a desetiletí.
Družice poskytly geofyzikům novou metodu – rozbor rádiových signálů jejich vysílačů. Tyto výzkumy zahájili čeští vědci hned 4. října 1957 díky Sputniku 1. Vzápětí začali geofyzici ze Spořilova spolupracovat s Ústavem pro výzkum zemského magnetismu, ionosféry a šíření rádiových vln Akademie věd v Moskvě a později Ústavem kosmických výzkumů v Moskvě.
Na ionosférické observatoři v Panské Vsi, dokončené v roce 1962, postavili aparaturu na příjem z družic. Zachycovali vysílání z amerických vědeckých družic Solrad, zaměřených na výzkum slunečního záření, přičemž sledovali vliv ionosféry na kvalitu jejich rádiových signálů. Po založení programu Interkosmos se také zapojili do zpracování údajů z následujících družic. Poprvé v roce 1968 z Kosmosu 261, později z družice Interkosmos 2.
První československá geofyzikální aparatura pro družici se zrodila přímo na Spořilově. Technici ionosférického oddělení vyvinuli vysílač pro Interkosmos 3 vypuštěný v létě 1970. Byl širokopásmový, takže umožňoval podstatně kvalitnější přenos informací. V Panské Vsi registrovali jeho vysílání při každém přeletu, přístroje této družice zachycovaly přírodní šumy a hlavně tzv. hvizdy, které vznikají výbojem blesků na jižní polokouli a jeho šířením po magnetické siločáře na severní polokouli.
Pro následující Interkosmos 5 vyrobili o dva roky později obdobný zdokonalený vysílač pracovníci Výzkumného ústavu sdělovací techniky v Praze-Bráníku. Nakonec jich postavili přes deset. Ve Výzkumném zkušebním leteckém ústavu (VZLÚ) v Praze-Letňanech zase vyvinuli palubní magnetofony pro záznam dat v době, kdy je družice mimo viditelnost pozemní stanice.
Na prvních geofyzikálních družicích řady Interkosmos měřili spořilovští pouze magnetickou složku přírodních elektromagnetických vln, později registrovali rovněž složku elektrickou. Některých experimentů se účastnili rovněž pracovníci Ústavu experimentální fyziky Slovenské akademie věd z Košic, Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy a z ondřejovské astronomické observatoře. Získávané údaje měly přispět k sestavení celkového teplotního modelu vnějšího obalu planety Země.
Již při přípravě družice Interkosmos 5 si dvojice inženýrů Pavel Tříska a Jaroslav Vojta všimla, že na svém rámu vynáší i patnáctikilogramové vyvažovací závaží. Přišli tak s myšlenkou nahradit ho samostatným přístrojovým blokem (označovaným jako Blok C).
Do práce na projektu se postupně zapojila většina lidí z ionosférického oddělení Geofyzikálního ústavu. Nicméně největší odpovědnost ležela na na inženýru Vojtovi a Alexandru Czapkovi, kteří měli bohaté zkušenosti se stavbou přístrojů pro Interkosmos 3, 5, 8, 10, 13, 14 a 18. První výkres technické dokumentace nese datum 5. dubna 1974. Mezitím v Panské Vsi stavěli druhou budovu speciálně vybavenou pro příjem a zpracování dat z družic. Dokončili ji v roce 1975.
Samozřejmě úzkou spolupráci navázali Spořilovští s vývojovou skupinou Výzkumného ústavu sdělovací techniky, zvláště pak s inženýry Václavem Grimem, Ludvíkem Majerem a Josefem Plzákem, kteří se zabývali družicovou telemetrií. Petr Lála z Ondřejova zase vypočítal vzájemné rychlosti obou družic při oddělení, aby byly dodrženy požadované podmínky vzdalování. Dr. Stanislav Fischer zase konzultoval otázky vlivu radiace a možnosti některých měření družice.
Postupně vznikly čtyři varianty konstrukce družice. První byla prostorová maketa ve tvaru větší krabice s vysunutými čidly přístrojů a anténami. Všichni projektanti si tedy mohli představit, jak bude těleso vypadat a co kam přijde. Jelikož Sověti požadovali družici nehermetickou, vystavenou působení kosmického vakua, bylo nezbytné nalézt elektroniku, která takovou zátěž zvládne. Přitom se museli vejít do 14,5 kilogramu – víc družice vážit nemohla.
Druhá varianta už byla prototypem. Aparatura na měření magnetických polí, energetický systém, telemetrický vysílač, povelový přijímač, pomocné palubní systémy, kabely – to všechno bylo na svých místech. Na tomto souboru se zkoušely vlastnosti jednotlivých součástí a jejich vzájemná součinnost. Další komplet absolvoval všechny nezvyklé mechanické prověrky, především na otřesy a přetížení.
Technologická varianta prošla předepsanými teplotními, mechanickými a vakuovými zkouškami, nejdřív v Praze a potom v Ústavu kosmických výzkumů v Moskvě. Sověti měli komoru, která imitovala podmínky kosmického prostoru – vakuum, stěny chlazené kapalným dusíkem a umělé Slunce. V ní se kontrolovaly podmínky teploty družice – na oběžné dráze by měla mít +10 stupňů Celsia. Dosáhlo se toho pokrytím hliníkových částí družice lesklým zlatým povrchem. Dále se upravovaly jenom drobnosti – přeložení některých kabelů, dodatečné odstínění některých elektrických uzlů. Poslední variantu – letovou – postavili ve dvou exemplářích, tedy hlavní a záložní.
Blok C vypustili z kosmodromu Pleseck na severu Ruska 24. října 1978 jako přívažek sovětského Interkosmosu 18. Teprve poté vznikl název Magion (tedy satelit určený k výzkumu parametrů MAGnetosféry a IONosféry v okolí Země). Tři týdny zůstala sonda spojena s mateřským tělesem, kdy se kontrolovala všechna palubní zařízení. Potom ji 14. listopadu při letu od rovníku nad Evropu povelem oddělili pružinový mechanismus, o 20 sekund později se rozvinuly antény a Magion 1 navázal spojení s řídícím střediskem.
Zpočátku se dostala na dráhu ve výšce 406–764 kilometrů se sklonem 83 stupňů k rovníku, kde jeden oběh trval přes 96 minut. Magion 1 přelétával spolu s Interkosmosem 18 čtyřikrát denně nad Evropou – čtyřikrát denně zachycovala observatoř v Panské Vsi jejich signály. Obě družice se od sebe vzdalovaly rychlostí zhruba 60 kilometrů za den a souběžná měření tak umožnila získat nové poznatky o prostorovém rozložení plazmových vln v ionosféře. Na základě toho si odborníci odvodili některé odchylky šíření rádiových vln vysílačů systému Omega, které sloužily třeba pro navigaci ponorek a letadel.
Společná měření s družicí Interkosmos 18 trvala 14 dní, během kterých se Magion 1 vzdálil až na 1000 kilometrů. Podařilo se tak splnit hlavní část vědeckého experimentu, československá družice ale pracovala bezchybně takřka tři roky, dokud nezanikla na 16 033. oběhu v noci na 11. září 1981 v horních vrstvách atmosféry. To svědčilo o její vysoké kvalitě.
Úryvek z knihy Češi v kosmu (nakladatelství Academia, 2011) laskavě poskytl Karel Pacner (redakčně upraveno, doplnil Ing. Vojta).