Družice
Obsah boxu
Šablona:Infobox Družice Družice neboli satelit je kosmické těleso, které se pohybuje po oběžné dráze kolem jiného, hmotnějšího kosmického tělesa (například planety nebo hvězdy). Termín se používá pro dva hlavní typy těles:
- Přirozená družice – těleso přírodního původu, často označované jako měsíc. Příkladem je Měsíc obíhající kolem Země.
- Umělá družice – těleso vyrobené člověkem a dopravené na oběžnou dráhu pomocí nosné rakety. Tento článek se primárně věnuje tomuto typu družic.
První umělou družicí byl sovětský Sputnik 1, vypuštěný v roce 1957, který odstartoval vesmírný závod mezi SSSR a USA. Od té doby byly na oběžnou dráhu Země i jiných těles Sluneční soustavy vyneseny tisíce družic sloužících k nejrůznějším účelům, od telekomunikace a navigace přes předpověď počasí až po astronomický výzkum a špionáž.
📜 Historie umělých družic
Myšlenka umístit objekt na oběžnou dráhu Země je stará několik století. Již Isaac Newton ve svém díle Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica z roku 1687 popsal myšlenkový experiment s dělovou koulí vystřelenou z vrcholu vysoké hory takovou rychlostí, že její dráha zakřivuje stejně jako povrch Země, a koule tak nikdy nedopadne – stane se družicí.
Teoretické základy pro kosmonautiku položil na přelomu 19. a 20. století Konstantin Ciolkovskij, který formuloval rovnici pro pohyb raket a navrhl použití vícestupňových raket na kapalné pohonné hmoty.
🚀 Vesmírný závod
Skutečný vývoj začal po druhé světové válce v kontextu studené války mezi Sovětským svazem a Spojenými státy.
- Sputnik 1: 4. října 1957 vypustil Sovětský svaz první umělou družici Země. Jednalo se o jednoduchou kovovou kouli o průměru 58 cm, která vysílala rádiový signál ("pípání"). Tento úspěch šokoval západní svět a odstartoval vesmírný závod.
- Explorer 1: Jako odpověď vypustily USA 31. ledna 1958 svou první družici, Explorer 1. Díky svým přístrojům objevila Van Allenovy radiační pásy kolem Země.
- Telstar 1: V roce 1962 byla vypuštěna první aktivní komunikační družice, která zprostředkovala první živý transatlantický televizní přenos.
- Syncom 3: V roce 1964 se stala první družicí na geostacionární dráze, což umožnilo nepřetržité pokrytí jedné oblasti signálem.
🛰️ Moderní éra
Od 70. let 20. století se družice staly běžnou součástí globální infrastruktury.
- GPS: Americký navigační systém, jehož první družice byly vypuštěny v roce 1978, se stal celosvětovým standardem pro určování polohy.
- Hubbleův vesmírný dalekohled: Vypuštěn v roce 1990, tento teleskop na oběžné dráze přinesl revoluci v astronomii díky snímkům vesmíru nezkresleným zemskou atmosférou.
- Mezinárodní vesmírná stanice (ISS): Ačkoliv je technicky obydlenou vesmírnou stanicí, jedná se o největší umělou družici na oběžné dráze Země. Její stavba začala v roce 1998.
- CubeSaty a megakonstelace: Po roce 2010 došlo k rozmachu malých, standardizovaných družic (CubeSatů) a budování obřích sítí (megakonstelací) tisíců družic, jako je Starlink od společnosti SpaceX, s cílem poskytovat globální internetové připojení.
🛰️ Dělení družic
Umělé družice lze dělit podle několika kritérií, nejčastěji podle jejich účelu nebo typu oběžné dráhy.
Podle účelu
- Komunikační družice: Přenášejí televizní, rádiový, telefonní a datový signál. Často jsou umístěny na geostacionární dráze (např. Astra, Eutelsat) nebo tvoří konstelace na nízké oběžné dráze (např. Starlink, OneWeb).
- Navigační družice: Poskytují přesné údaje o poloze a čase pro globální navigační systémy. Mezi nejznámější patří americký
GPS, evropský 
Galileo, ruský 
GLONASS a čínský 
BeiDou. - Družice pro dálkový průzkum Země: Monitorují zemský povrch, oceány a atmosféru.
* Meteorologické družice: Sledují počasí a klima (např. řada Meteosat). * Pozorovací družice: Pořizují snímky zemského povrchu pro kartografii, zemědělství, monitorování životního prostředí nebo plánování (např. program Copernicus). * Špionážní družice: Využívány armádou a zpravodajskými službami pro sledování strategických cílů. Jejich parametry jsou obvykle tajné.
- Vědecké družice: Slouží k výzkumu vesmíru, Země a fyzikálních jevů. Patří sem astronomické dalekohledy (Hubbleův vesmírný dalekohled, Vesmírný dalekohled Jamese Webba), sondy pro výzkum Slunce nebo částicové fyziky.
- Vojenské družice: Zahrnují špionážní, navigační, komunikační a varovné družice (např. pro detekci startu balistických raket).
Podle oběžné dráhy
Typ dráhy určuje, jakou část Země může družice pokrýt a jak rychle se vůči zemskému povrchu pohybuje.
- Nízká oběžná dráha (LEO): Výška 160–2000 km. Družice na této dráze oběhnou Zemi za cca 90 minut. Používá se pro ISS, mnoho pozorovacích družic a internetové konstelace. Výhodou je nízká latence signálu a menší energetická náročnost na vynesení.
- Střední oběžná dráha (MEO): Výška 2000–35 786 km. Typická dráha pro navigační systémy jako GPS, které potřebují pokrýt velkou část povrchu s menším počtem družic než na LEO.
- Geostacionární dráha (GEO): Přesně ve výšce 35 786 km nad rovníkem. Družice na této dráze obíhá Zemi stejnou rychlostí, jakou se Země otáčí. Z pohledu pozorovatele na Zemi se tak zdá, že "visí" stále na stejném místě na obloze. Ideální pro komunikační a meteorologické družice.
- Vysoká eliptická dráha (HEO): Dráha ve tvaru výrazné elipsy. Družice se na ní pohybuje velkou část doby pomalu nad určitou oblastí (typicky ve vysokých zeměpisných šířkách), což umožňuje dlouhodobé pokrytí polárních regionů, které jsou z GEO dráhy špatně viditelné. Příkladem je dráha typu Molnija.
- Polární dráha: Dráha vedoucí přes nebo blízko zemských pólů. Díky otáčení Země pod drahou družice postupně snímá celý zemský povrch. Využívá se pro kartografii a pozorování Země.
⚙️ Stavba a systémy družice
Každá družice se skládá ze dvou hlavních částí: platformy (bus) a užitečného zatížení (payload).
- Platforma (Bus): Tvoří základní konstrukci a obsahuje systémy nezbytné pro provoz družice.
* Konstrukce: Rám, který drží všechny komponenty pohromadě a chrání je před podmínkami ve vesmíru. * Napájecí systém: Nejčastěji solární panely, které přeměňují sluneční světlo na elektřinu, a akumulátory pro ukládání energie na dobu, kdy je družice ve stínu Země. * Řídicí systém (Attitude Control): Zajišťuje správnou orientaci družice v prostoru. Využívá gyroskopy, hvězdná čidla, silové setrvačníky a malé raketové trysky. * Pohonný systém: Slouží k úpravám oběžné dráhy nebo k deorbitaci na konci životnosti. Může jít o chemické nebo iontové motory. * Tepelná regulace: Udržuje přístroje v optimálním teplotním rozmezí pomocí izolací, radiátorů a ohřívačů. * Komunikační systém: Antény a transpondéry pro příjem povelů z pozemní stanice a odesílání dat (telemetrie) zpět na Zemi.
- Užitečné zatížení (Payload): Jsou to přístroje, které plní hlavní misi družice. Může se jednat o antény pro telekomunikace, kamery a senzory pro pozorování Země, vědecké experimenty nebo astronomické dalekohledy.
🚀 Vypuštění a životní cyklus
1. Start: Družice je vynesena na oběžnou dráhu pomocí nosné rakety (např. Falcon 9, Ariane 5, Sojuz). Během startu je chráněna aerodynamickým krytem. 2. Umístění na dráhu: Po dosažení požadované výšky a rychlosti se družice oddělí od posledního stupně rakety. Následně rozvine své solární panely a antény. 3. Provoz: Družice je řízena z pozemního střediska. Komunikace probíhá prostřednictvím sítě pozemních stanic. Během provozu plní svou misi a pravidelně odesílá data. 4. Konec životnosti: Životnost družice je omezena zásobou paliva pro korekce dráhy nebo degradací elektroniky. Po jejím skončení existuje několik scénářů:
* Deorbitace: Družice na LEO použije své motory ke snížení rychlosti, což způsobí její vstup do atmosféry, kde z větší části shoří. * Hřbitovní dráha: Družice na GEO jsou přesunuty na vyšší, tzv. hřbitovní dráhu, aby nepřekážely aktivním družicím. * Vesmírné smetí: Pokud se družice stane neovladatelnou, zůstává na své dráze jako nebezpečné vesmírné smetí, které může ohrozit jiné satelity.
🌕 Přirozené družice (Měsíce)
Přirozená družice je nebeské těleso přírodního původu obíhající kolem planety, trpasličí planety nebo planetky. Běžně se označují jako měsíce.
- Měsíc: Jediná přirozená družice Země. Má klíčový vliv na slapové jevy a stabilizaci zemské osy.
- Ostatní planety: Většina planet ve Sluneční soustavě má své měsíce. Jupiter a Saturn jich mají desítky. Mezi nejznámější patří Galileovy měsíce u Jupiteru (Io, Europa, Ganymed a Callisto) nebo Titan u Saturnu.
- Vznik: Přirozené družice mohly vzniknout společně se svou planetou, mohly být zachyceny její gravitací, nebo vznikly v důsledku obří srážky (což je nejpřijímanější teorie vzniku zemského Měsíce).
💡 Pro laiky
- Proč družice nespadne na Zemi? Družice se pohybuje obrovskou rychlostí (na nízké oběžné dráze je to asi 28 000 km/h). Gravitace Země ji sice neustále přitahuje, ale její rychlost do strany je tak velká, že neustále "míjí" povrch. Je to stav neustálého volného pádu kolem planety. Představte si, že hodíte kámen – letí po oblouku a spadne. Kdybyste ho hodili dostatečně rychle, oblouk jeho dráhy by byl tak velký, že by kopíroval zakřivení Země a nikdy by nedopadl.
- Co je to geostacionární dráha? Je to speciální dráha přesně 35 786 km nad rovníkem. Družice na ní oběhne Zemi za 24 hodin, tedy přesně za stejnou dobu, za jakou se Země otočí kolem své osy. Díky tomu se z našeho pohledu zdá, že družice nehybně "visí" na jednom místě oblohy. To je ideální pro satelitní televizi, protože můžete parabolu namířit na jedno místo a nemusíte s ní hýbat.
- Co je vesmírné smetí? Jsou to nefunkční družice, zbytky nosných raket a úlomky vzniklé srážkami na oběžné dráze. Tyto objekty se pohybují obrovskou rychlostí a představují vážné nebezpečí pro funkční družice a vesmírné mise, včetně těch s lidskou posádkou.
🔮 Budoucnost
Budoucnost družicových technologií směřuje k několika klíčovým trendům:
- Megakonstelace: Budování sítí tisíců malých družic na nízké oběžné dráze pro poskytování globálního vysokorychlostního internetu a dalších služeb.
- Miniaturizace: Vývoj stále menších a levnějších družic (nanosatelity, picosatelity), které umožňují i menším firmám, univerzitám a státům realizovat vlastní vesmírné projekty.
- Servis na oběžné dráze: Vývoj technologií pro opravy, doplňování paliva a modernizaci družic přímo ve vesmíru, což by prodloužilo jejich životnost.
- Řešení problému vesmírného smetí: Aktivní vývoj systémů pro odstraňování největších kusů kosmického odpadu z klíčových oběžných drah.