Dne 30. června 2020 udělil americký úřad pro patenty a ochranné známky vesmírné agentuře NASA patent na řadu orbitálních manévrů, které by měly usnadnit cestu na Měsíc. Informuje o tom americký časopis Business Insider na základě tweetu, které zveřejnil právník jménem Jeff Steck.

Patentový úřad to potvrdil zveřejněním zmíněného patentu. Podle Business Insider není zmíněná technika určena pro velké vesmírné lodě přepravující lidi nebo robotická měsíční či planetární vozítka, ale pro menší výpravy s omezeným rozpočtem, které se věnují smyslupným vědeckým úkolům.

První vesmírná loď, která má podle plánu využít tuto novou trasu, může například přinést nebývalé objevy z odvrácené strany Měsíce. 

Hledá se nízkorozpočtová linka na Měsíc

Nadcházející mise s názvem Dark Ages Polarimeter Pathfinder (Dapper) chce poprvé v historii zachytit nízkofrekvenční rádiové vlny vyslané během nejranějších vesmírných dob, kdy se atomy, hvězdy, černé díry i galaxie začínaly teprve formovat a kde by vědci mohli zaznamenat první signály dosud neviditelné temné hmoty (hypotetické vesmírné formy hmoty, které neemituje elektromagnetické záření, takže ji nelze sledovat - lze však teoreticky zaznamenat její gravitační vliv na okolní objekty tvořené běžnou "svítící" hmotou). 

Přímá cesta na Měsíc je ale drahá. Když NASA na sklonku 60. let poprvé vyslala k Měsíci kosmickou loď se třemi astronauty, trvala jejich pouť k měsíčnímu povrchu několik dnů a vyžadovala opravdu velkou raketu, aby dokázala překonat zemskou gravitaci. 

Existují však i mnohem efektivnější cesty na Měsíc - například při včasném stočení kolem Země může vesmírná loď "ukrást" část hybnosti naší planety a vystřelit se k Měsíci jako z praku po řadě dlouhých oběžných drah, které ji stojí jen málo paliva anebo vůbec žádné. Palivo sice zůstává nezbytné pro korekce dráhy a pro manévrování při cestě vesmírem, ale čím méně ho vesmírná loď nese, tím více může pobrat jiných věcí, například vědeckých přístrojů.

V případě drobných kompaktních vesmírných lodí, jako je třeba právě Dapper, který není větší než mikrovlnná trouba, je množství jednotlivých položek důležité, protože prostor pro chyby je (doslova) minimální. Tým, jenž tvořil koncepci této výpravy, navíc pracoval s relativně nízkým rozpočtem 150 milionů dolarů z programu NASA nazvaného Explorers - a s takovými penězi nemohl zaplatit "vlastní dopravu" raketou až na oběžnou dráhu Měsíce.

Z nouze ctnost

"Tato dráha letu na Měsíc vznikla z nutnosti, jak už to tak často bývá," uvedl pro Business Insider k nově vytvořené trajektorii astrofyzik Jack Burns z University of Colorado Boulder a vedoucí mise Dapper. "Potřebovali jsme udržet dole náklady na vypuštění rakety a najít levný způsob, jak se na Měsíc dostat."

Vědci proto začali letem, o kterém věděli, že si ho mohou dovolit - tedy na vysokou oběžnou dráhu Země, která se nachází nad dráhou geostacionární, tedy ve výši zhruba 35 785 kilometrů od zemského rovníku (je to zhruba jedna desetina cesty na Měsíc). Tato orbita představuje běžný cíl telekomunikačních a dalších satelitů vytvořených tak, aby se vznášely nad jedním místem na planetě. Dapper je dost malý na to, aby se na nich mohl "přiživit". 

"Kdybychom se dostali na vysokou oběžnou dráhu Země, pak by nám na zbytek cesty k Měsíci mohla stačit jen skromná zásoba paliva," uvedl Burns. A právě metoda převedení vesmírné lodi z geosynchronní oběžné dráhy na oběžnou dráhu Měsíce je předmětem nového patentu a současně novou nízkoenergetickou dráhou letu k Měsíci.

Tato trajektorie využívá přitažlivosti Země i Měsíce k tomu, aby Dapper ve správných okamžicích zrychlila a zpomalila a aby snížila množství požadovaného paliva. Let by v takovém případě trval podle NASA přibližně 2,5 měsíce, zatímco jiné podobné dráhy vyžadují dobu šesti měsíců. Trajektorie také nabízí řadu možností, jak dostat vesmírnou loď v jakémkoli úhlu a v kterémkoli okamžiku na měsíční oběžnou dráhu. A vyhýbá se oblastem radiačního záření kolem Země zvaným Van Allenovy pásy, které mohou poškodit citlivou elektroniku.

Byl to patent jako každý jiný

Patentovat si výpočet dráhy na Měsíc se sice může stát divné, ale podle Burnse se to nijak neliší od jakéhokoli jiného vynálezu. "Je to výsledek numerického modelování planetárních trajektorií, takže je to duševní vlastnictví," uvedl Burnes. 

Podle výkonného ředitele NASA Dana Lockneye jsou patenty a licence NASA široce distribuovány. "Patentování a licencování technologií je metoda, kterou NASA a další vládní agentury zajišťují přístup k inovacím založeným na vládních programech," uvedla pro Business Insider zástupkyně NASA Clare Skellyová. 

Agentura si může za propůjčení svého patentu účtovat až 50 tisíc dolarů, ale obvykle prý požaduje pět až deset tisíc dolarů plus licenční poplatky. "Prostřednictvím poplatků se NASA snaží o návratnost části svých investic do nákladů na registraci a udržování patentů," uvádí web NASA věnující se licencím. 

Patentový program má také neoficiálně bránit tomu, aby soukromé společnosti nebo cizí země prodávaly důležité vesmírné technologie za přemrštěné částky, čímž chce pomáhat americkým vesmírným výpravám i mezinárodní spolupráci (agentura občas uvolní své patenty do veřejné sféry). 

"Nevěřím, že na našem novém patentu trajektorie trhneme nějaké peníze, protože jde často jen o souhrn historických záznamů. Je to jen známka toho, že to je naše duševní vlastnictví, něco, co jsme udělali a čeho jsme tvůrci - takže pokud to lidé používají, měli by to přinejmenším uznat," dodal. 

Odvrácené ticho může přinést dvě Nobelovky

Cílem výpravy Dapper je studovat vesmír z tzv. "kuželu ticha" na odvrácené straně Měsíce, kam nedosáhne žádné vysílání vln ze Země - nic tam tak nemůže rušit antény, které se snaží zachytit slabé nízkofrekvenční emise z doby před více než 13 miliardami let.

"Je to jediná oblast ve vnitřní sluneční soustavě, kde skutečně existuje rádiový klid," poznamenal Burns. Tzv. rádiový smog, tedy znečištění rádiovými vlnami, které unikají téměř z každého elektronického zařízení, se může snadno ohnout i za roh a nad obzor, takže se mu nedá uniknout stavěním bariér. 

Úkolem Dapperu je konkrétně pokusit se detekovat rádiové emise "neutrálního vodíku", který dominoval ve velmi raném vesmíru. Kosmos produkoval jádra těchto vůbec prvních atomů během mikrosekund velkého třesku; teprve poté, co se "hustá a horká polévka" v podobě této události ochladila, začaly vznikat protony, neutrony a elektrony. Asi o 380 tisíc let později došlo k dalšímu ochlazení částic, což umožnilo pozitivně nabitým protonům zachytit negativně nabité elektrony a stát se neutrálně nabitými atomy vodíku.

Tuto fázi astronomové často nazývají "temný středověk", protože ve viditelných vlnových délkách světla by člověk neviděl nic. "Nebyly tam žádné hvězdy ani žádné galaxie. Neexistoval tam ani žádný jiný zdroj záření. Jak tedy zkoumat tuto část vesmírného vývoje? Jedině tak, že použijete jedinou věc, které máte dost, a to je neutrální vodík," popsal to Burns.

Problémem ale je, že ty rádiové signály, které v rozsahu 10 až 100 megahertzů proniknou až k Zemi, jsou prakticky nesledovatelné, protože jsou skryty nejen v atmosféře naší planety, ale i v emisích nesčetných napájecích zdrojů lidských vysílacích výrobků - od automatického otevírání vrat přes rozhlasové vysílače a signály digitální televize až po vysílání vesmírných satelitů. "Rádiové spektrum na těchto dolních frekvencích je prostě zaneřáděné odpadem," vysvětluje Burns.

Od Dapperu se tak očekává, že v oblasti radiačního klidu vzadu za Měsícem, kam neproniká ani sluneční záření, zaznamená konečně první jasné signály neutrálního vodíku. Mohl by také shromáždit důkazy o prvních hvězdách a možná také o prvních černých dírách a galaxiích, které se vytvořily asi 500 milionů let po Velkém třesku, během epochy zvané "Vesmírný úsvit".

A možná - jen možná - také zachytit první přímou detekci temné hmoty, jež tvoří asi 80 procent hmoty ve vesmíru, ale musí být ještě identifikována. Vědce, kteří něco takového dokážou, by mohly čekat hned dvě Nobelovy ceny za vědu: "Ta první za to, že by zjistili, kdy se zformovaly první hvězdy a galaxie a které to jsou. Ta druhá za to, že by se jim podařilo zaznamenat temnou hmotu," podotýká Burns, jehož tým nyní hraje o to, že by tyto dvě Nobelovky získal sám.