Pojďte s námi na malou exkurzi.
Je tomu již téměř padesát let, co se první těleso vytvořené jedinci druhu homo
sapiens podařilo urychlit natolik, že po řadu následujících dní kroužilo kolem
zeměkoule volným pádem. Historie kosmonautiky je nedílně spjata s překotným
vývojem komunikačních technologií a například pilotované lety si bez přímého
spojení nedokážeme vůbec představit. Víte, jak se kdysi komunikovalo a stále
komunikuje s umělými kosmickými tělesy? Pojďte s námi na malou exkurzi.
Vedle vývoje komunikačních technologií a především internetu patří vznik a
rozvoj kosmického výzkumu v posledních pěti desetiletích k jednomu z největších
technologických dobrodružství. Již dlouho před úspěšným startem vůbec prvního
umělého tělesa na oběžnou dráhu bylo jasné, že pokud nám tato tělesa mají
prokázat jakoukoliv službu, bude potřeba s nimi udržovat spojení. Pokročilé
využití předpokládalo přenos základních řídících signálů a naměřených
výzkumných dat, vzápětí pak došlo na přenos obrazu fotografovaného či
televizního. Vyvrcholením samozřejmě byla a je přímá komunikace s lidskými
posádkami kosmických lodí. Právě v případě letů člověka se jedná mimo veškerou
pochybnost o jeden ze základních systémů pro zdar celého dobrodružství a pokud
se ohlédneme za dobovými možnostmi, doceníme odvahu všech, kdo byli na často
velmi křehkých technologiích závislí.
Komunikace s umělými družicemi Země nám může na první pohled připadat jako
velmi exotická věc. Pokud se však podíváme na problém blíže, řada výchozích
podmínek se nijak zvláštně jevit nebude. V první řadě: většina umělých
kosmických těles se pohybuje v relativně malé vzdálenosti nad zemským povrchem.
Přestože jakási podvědomá intuice či iluze vyvolaná četbou "béčkové" sci-fi
literatury v nás může vyvolat dojem ohromných vzdáleností, skutečné umělé
oběžnice, včetně typických orbitálních stanic s lidskou posádkou, se pohybují
ve střední vzdálenosti 300 a 500 km nad zemským povrchem. Protože o možnosti
úspěšně komunikovat třeba z Prahy do Bratislavy by málokdo pochyboval, stejně
tak vzdálenost není většinou při spojení s kosmickým objektem problémem.
Samozřejmě jsou zde meziplanetární sondy a také lety lidí k Měsíci, o nichž si
povíme dále, ale to jsou spíše výjimky potvrzující pravidlo. A specifickým
případem jsou rovněž geostacionární družice, na něž pochopitelně též dojde řeč.
Na druhou stranu opravdovým oříškem je charakter vzájemného pohybu přijímacích
a vysílacích stanic. Družice vrchovatě naplňují charakteristiku, kterou bychom
dnes asi označili jako "mobilita uživatele", neboť se nejen oproti pozemské
komunikující stanici velmi rychle pohybují, ale navíc dokáží během své cesty
třeba 16krát za 24 hodin zmizet za Zemí, tedy pod horizontem. Tuto potíž je
nutno řešit jak způsobem směrování signálu, tak rozmístěním základnových stanic
po zemském povrchu. Co je však největším problémem, zjistíme v případě
komunikace se sondami tak vzdálnými, že již sahají na samé hranice sluneční
soustavy. Jejich přicházející signál je již tak slabý, že jeho správné
"vylovení" ze záplavy šumu při neskutečně malých výkonech po dlouhé cestě je
opravdovým uměním.
Pojďme si v následujících odstavcích představit některé milníky ve vývoji
kosmické techniky a zařadit je do souvislosti s vývojem telekomunikačních
řešení. Podíváme se, jak rostl objem přenášených dat a řekneme si též o vývoji
družic telekomunikačních, jež byly a jsou vypouštěny právě pro účely
telekomunikačních přenosů. I zde nás bude především zajímat, jak mohutné datové
toky nad zemskou atmosférou proudí.
Telekomunikace ve službách kosmonautiky
Začátky: pípám, tedy jsem
Řada z nás by asi na otázku, jak se jmenovala první umělá oběžnice Země,
odpověděla shodně: Sputnik 1. Toto téměř metrákové těleso bylo úspěšně
vypuštěno na oběžnou dráhu 4. 10. 1957 a ačkoliv to jistě znamenalo velké
vítězství, nejednalo se o žádné mimořádné překvapení: zainteresovaní výzkumníci
očekávali podobný počin každým dnem a otázkou pouze bylo, zda se to dříve
podaří sovětské či americké straně.
Z hlediska telekomunikace bylo toto těleso pochopitelně tím nejzákladnějším, co
se dalo připravit, avšak to nijak nevylučuje 100% splnění očekávaného úkolu.
Sputnik 1 především musel dokázat celému světu, že opravdu letí. K tomuto účelu
posloužily dvě vysílací stanice, jež pracovaly jako tzv. radiomajáky: vysílaly
v pravidelných intervalech kratičké impulsy, jejichž zachycováním v delším
časovém sledu bylo možné nejen spolehlivě odvodit pohyb tělesa, ale též
průběžně upřesňovat jeho dráhu. Vysílače pracovaly na frekvencích 20 005 a 40
002 MHz, což odpovídá vlnovým délkám zhruba 15 m a 7,5 m (zhruba na pomezí mezi
oblastí krátkých a velmi krátkých vln). Pro srovnání, zhruba v této oblasti
(přesněji kolem 27 MHz, tedy na vlně 11 m) jsou provozovány např. běžné
občanské radiostanice CB, jejichž dosah u základnových stanic na zemském
povrchu lze počítat na mnoho desítek či několik stovek kilometrů.
Družice disponovala čtyřmi anténami s délkou 2,4 a 2,9 m a vysílače na bázi
elektronek pracovaly s výkonem 1 W. Zvolená forma vysílání Sputniku 1 splnila
svůj účel bezezbytku. Po zhruba 21 dnů, než došlo k vyčerpání energie z
chemických článků, družice vysílala svůj "srdeční tep" a díky rozsahu
vzdáleností mezi zhruba 200 a 940 km od povrchu bylo možno její poselství
zachytit. Jedinou "vědeckou" informaci bylo možné získat pouze nepřímo: podle
změn nosné frekvence a prodlužování či zkracování pravidelného pulsu bylo možno
rozpoznat, jak se aparát přehřívá či ochlazuje a jak se mění tlak, což čidla
transformovala do charakteru vysílání. S přenosem jakýchkoliv užitečných dat
směrem k Zemi či opačně se nepočítalo.
Člověk v kosmu: zvukem i obrazem
I při pohledu na vývoj kosmických letů z dnešního odstupu takřka půl století se
zdá až neuvěřitelné, jak rychle následovaly další etapy, jedna za druhou.
Přestože technologický vývoj i dnes, zhruba na přelomu století, je překotný a
na ledacos jsme zvyklí, dá se říci, že start první lidské posádky pouhé 4 roky
po vůbec první umělé družici byl něčím mimořádným. A dodnes se nechce věřit, že
již o dalších 8 let později kráčeli lidé po Měsíci, což nejlépe svědčí o
tehdejším tempu technologického vývoje.
Nástup letů s lidskou posádkou pochopitelně vyžadoval i vývoj telekomunikačních
zařízení. Zdaleka nešlo jen o přenos hlasové komunikace, jež představovala
silné pouto s posádkou i klíčový "řídící" kanál, ale především o doručování
tzv. telemetrických dat, tedy stovek a tisíců údajů z různých měřících čidel,
jež byla rozmístěna prakticky všude, komorami tryskových motorů počínaje a
hrudníky kosmonautů konče. Právě ona nervová vlákna telemetrie představovala
pilíř v řízení tak citlivých kosmických výprav, jako byly třeba lety k Měsíci.
Spolehlivá komunikace s lidskou posádkou byla nezbytností, jež v některých
oblastech výrazně posunula vývoj. Jak jsme si již naznačili výše, největším
problémem nebylo použití specifických frekvencí či exotických metod přenosu
dat, ale mobilita kosmického tělesa v tom nejdivočejším smyslu slova. Typická
loď s posádkou se totiž pohybuje na tzv. nízké oběžné dráze, jejíž faktická
"výška" nad Zemí je běžně kolem 300-500 km, což nepřímo znamená, že takové
těleso vykoná kolem 16 oběhů za 24 hodin. Již při letmém zamyšlení je jasné, že
nad pevně umístěnou základnovou stanicí objekt proletí velmi rychle a nedává
příliš možností k zahálení.
Pojďme si konkrétní řešení názorně předvést na jednom z nejpopulárnějších
projektů, kterým bezesporu byly měsíční expedice Apollo. Po dobu cesty k Měsíci
a zpět trávili astronauti čas ve velitelském modulu, jehož servisní část
disponovala dvojím anténním systémem, jenž zajišťoval jak přímou hlasovou a
obrazovou komunikaci, tak přenos telemetrických dat. První částí byla soustava
4 parabolických antén s vysokým ziskem, pracujících ve frekvenčním pásmu "S",
přesněji v mikrovlnné oblasti kolem frekvencí 2-4 GHz. Jak je mnohým uživatelům
např. technologie Wi-Fi (2,4 GHz) známo, přenosy na velkou vzdálenost je
potřeba realizovat s co nejpřesnějším nasměrováním antény, ani tato situace
nebyla výjimkou: pokud nebyla přesně orientována na pozemský přijímací systém,
spojení korektně nepracovalo. Právě pro tento případ zde byla záložní anténa,
pracující jako všesměrová, jež vysílala v oblasti velmi krátkých vln (VKV,
resp. VHF, kolem 275 MHz) a doplňovala výpadky vzniklé nedostatkem v
nasměrování systému hlavního.
Až potud se tedy nejedná o žádný zázrak, ale v té době již dobře zvládnuté
systémy. Zásadní technologické úpravy si však vyžádal komunikační systém
umístěný na zemském povrchu. V první řadě bylo potřeba vyřešit skutečnost, že
kosmická loď obíhá Zemi a jediná pozemní stanice ji nedokáže průběžně sledovat.
Výsledkem byl vznik jedinečného systému Deep Space Network, jenž se využívá
dodnes pro komunikaci s umělými vesmírnými tělesy: tvoří ho tři základnové
stanice umístěné v USA, Španělsku a Austrálii, jež si mezi sebou obíhající
objekty "předávaly". Fascinující je pak především použití parabolických antén o
nebývalých rozměrech. Nejmenší z nich mají průměr 9 m a spolu s většími (26 m)
obsluhují právě lety blízko Země a k Měsíci (cca 400 000 km). Pro mise
vzdálenější slouží 34m antény a pro účely letů na hranici sluneční soustavy pak
slouží mírně sci-fi paraboly o průměru 70 m, o jejichž možnostech si povíme
dále. Rozmístěním tří stanic po glóbu ještě nebylo vyřešeno vše: rychlý pohyb
těles nad obzorem si vyžádal i velmi přesnou a flexibilní montáž anténních
systémů tak, aby se dokázaly za sledovaným objektem průběžně natáčet, což je
operace velmi náročná. Teprve součinností všech těchto technologií bylo možné
dosáhnout nepřerušeného spojení, kdy výjimkou bylo u lunárních expedic pouze
odmlčení kosmické lodi ve chvíli, kdy se dočasně ocitla ve stínu našeho věčného
souputníka.
Na hranicích jsoucna: z meziplanetárních sond
Pakliže připustíme, že komunikace s posádkami pilotovaných letů s maximální
vzdáleností ke Měsíci byla stále ještě dobře představitelná, je na čase se
blíže podívat na absolutní hranici možností soudobých technologií i fyzikálních
zákonů. Absolutní vyvrcholení našeho umu v současné době představuje udržování
aktivního spojení s vesmírnými sondami, jež se nacházejí na hranici sluneční
soustavy či za ní, za drahami planet Neptun či Pluto.
Jistě ve vás zcela správně vyklíčilo podezření, že v tuto chvíli vstupují na
scénu obří 70m teleskopické antény systému Deep Space Network, jež dokáží
posloužit v obou směrech komunikace. Kromě jejich obřích rozměrů a nesmírně
přesných polohovacích systémů zde najdeme i další pozoruhodné technické
parametry, mezi něž patří třeba vysílací výkon. Za běžných provozních podmínek
se vysílá ke vzdáleným sondám s výkonem mezi 2 000 a 20 000 W, a nastane-li
mimořádná či havarijní situace, mezi něž může patřit třeba odklon jinak přesně
směrovaných přijímacích antén na sondách, umí pozemní soustava na 70m gigantu
vyslat signál o výkonu až 400 000 W! Jen pro letmé srovnání si uveďme, že
povolený normovaný výkon Wi-Fi zařízení v pásmu 2,4 GHz je 0,1 W a při použití
parabolické antény a nepovoleného výkonu 1 W dosáhnete dosahu v řádu mnoha
kilometrů.
Ani vysílacím výkonem technologické zázraky nekončí, neboť dalším neobyčejně
obtížným úkolem je vylovit nesmírně slabý signál vzdálených vesmírných sond z
moře rádiového šumu všude kolem. Aparatury jsou pro tyto účely speciálně
uzpůsobeny, včetně extrémního chlazení pomocí tekutého dusíku a speciálních
postupů při postupném zpracovávání téměř ztraceného signálu, jenž po
strastiplné pouti dorazil k Zemi. Snad vám tento úctyhodný výkon přiblíží
alespoň údaje, že vzdálené sondy vysílají s výkonem nanejvýš kolem několika
desítek watů (!!!) a po ztrátě výkonu na trase z něj zůstane při zachycení
signál o výkonu kolem 1/1 000 000 000 000 000 000 000 W! Typickým
představitelem těchto sond nejstarší generace je třeba Pioneer 10, jenž
odstartoval v roce 1972 a v současné době je již mimo sluneční soustavu. Jeho
parabolická anténa má průměr 2,74 m, telekomunikační systém pracuje v pásmu
2,110 a 2,292 GHz s výkonem 2 x 8 W a přenosová kapacita je mezi 2-2 048
bity/s. Poslední signály ze sondy dorazily v průběhu roku 2003, ale byly již
tak slabé, že ani nejmodernější technika je nedokázala rozkódovat. Považte, že
byly na cestě od sondy na Zemi po dobu více než 11 hodin.
Technologický pokrok je neuvěřitelný, konstruktérům se podařilo udržovat
kontakt s umělými tělesy až za hranice našeho solárního systému. Poté se již
vzepřela samotná podstata fyzikálních zákonů.
Kosmonautika ve službách telekomunikace
První nasazení: antény v oblacích
Možnosti spojení s umělými družicemi se zlepšovaly překvapivě vysokým tempem.
Primitivní výzbroj, jíž disponoval Sputnik 1, byla velmi rychle překonávána
satelity vypouštěnými v následujících letech. Prvotní cíle byly především
vědecké, takže rádiová komunikace byla nadále využívána k přenosu řídících a ve
stále větší míře i vědeckých dat. V těchto případech tedy sloužily
telekomunikační mechanismy samotným vědeckým účelům jako podpůrný prostředek.
Tato "nerovnoprávnost" byla definitivně prolomena v průběhu léta 1962. Raketa
Thor Delta vynesla na oběžnou dráhu o proměnlivé výšce 1 000-5 000 km družici s
názvem Telstar 1, jejíž úkoly byly velmi ambiciózní. Počítalo se nejen s
životností v řádu mnoha desetiletí, ale především byl na palubě umístěn první
aktivní zesilovač rádiových telefonních signálů a televizních kanálů, díky
čemuž se jednalo o světově první aktivní telekomunikační družici. Ve vývoji a
snaze o nasazení do komerčního telefonního provozu měly prsty, jak jinak,
slavné Bellovy laboratoře firmy AT&T a kulovitá, necelý metrák vážící družice
nabízela např. kapacitu 600 analogových transatlantických telefonních linek.
Družice se stala opravdu průkopnickým počinem, neboť dokázala splnit své úkoly
a přenesla jak televizní vysílání, tak telefonní hovory, navíc jejím
prostřednictvím např. J.F.K. poskytl první takto živě přenášenou tiskovou
konferenci. Přenášela se další data, jako třeba faxy nebo záznamy televizních
přenosů, jež nebyly vysílány živě. Dodejme ještě, že se zároveň jednalo o první
družici "na zakázku", tedy o první zákaznický satelit vůbec.
Ačkoliv Telstar 1 byl prvním vítězstvím aktivních rádiových přenosů, snaha o
jejich nasazení se objevila již mnohem dříve. Opravdu prvním pokusem o nasazení
umělé družice pro telekomunikační provoz byl satelit s názvem Echo 1 a jeho
naprosto výstižný název dává tušit, jak fungoval. Jednalo se o pasivní
zesilovač mikrovlnného rádiového signálu až po frekvence 20 GHz a zajímavá byla
jeho podoba, či spíše její vznik: nosná raketa uvolnila na oběžnou dráhu
pouzdro o průměru zhruba 60 cm, z nějž se vzápětí "vyloupl" balón o průměru 30
m, poskládaný ze speciální odrazné mylarové fólie o tloušťce zhruba 1/100
milimetru. Ta dokázala odrazit až 98 % žádoucího signálu zpět k Zemi. I této
družici se podařil zajímavý kousek, neboť vydržela na orbitu téměř 8 let, což
vůbec nikdo neočekával.
Na úspěchy prvních průkopníků samozřejmě navázaly další satelity. Telstar 1,
jenž přestal sloužit překvapivě brzy díky poruše na elektronice vysílače, byl
následován Telstarem 2 stejné provenience, přidaly se další družice tohoto
druhu: v roce 1964 již bylo možno pomocí dvou satelitů Telstar, dvou Relay a
jednoho Syncom poskytovat širší nabídku telekomunikačních přenosů. Komunikační
družice Syncom, stejně jako sourozenci Relay, využívaly k přenosu oblast
mikrovlnného rádiového vysílání na frekvencích kolem 2 či 7 GHz. Právě tato či
velmi blízká frekvenční pásma jsou dnes rutinně používána např. pro bezdrátové
síťové přenosy typu Wi-Fi (frekvence kolem 2,4, resp. 5 GHz) nebo mobilní sítě
typu GSM (0,9 GHz, 1,8 GHz, 1,9 GHz) či UMTS (2 GHz). Stranou tohoto typu
nasazení družic pochopitelně nezůstal ani Sovětský svaz, a proto v roce 1965
začala působit posléze velmi bohatá a obsáhlá řada, jejíž satelity se nazývají
Molnija. Nejstarší družice zahájila první generaci, dnes již obíhá Zemi
generace třetí a všechna vypuštěná zařízení slouží obdobně jako americké stroje
k přenosu telefonních kanálů, televizního vysílání a různých datových přenosů.
Jako přenosové pásmo byly opět použity mikrovlny kolem 1 GHz a první zesilovače
signálu měly výkon kolem 40 W, novější typy generace 2 pak vysílaly na
frekvencích kolem 6,1 GHz. Za dobu existence projektu bylo postupně vypuštěno
mnoho desítek těchto satelitů.
Zavěšeny nad hlavou: kouzlo geostacionárních drah
Jednou ze zásadních nevýhod, jíž bylo a stále je nutno čelit v případě
zprostředkujících telekomunikačních družic, je rychlost jejich pohybu po
orbitální dráze. Jak jste již možná v předchozím textu zachytili, běžná oběžná
dráha umělých družic leží relativně nízko nad zemí (typicky do 1 000 km), což
znamená, že družice stihne oběhnout kolem planety mnohem rychleji, než se tato
otáčí, a to třeba tak, že se nám jejich pohyb jeví jako 15 oběhů za 24 hodin.
To je pochopitelně velmi nepraktické, neboť přijdeme v průběhu každého oběhu na
určitou dobu o konektivitu (vysílač družice prostě není vidět). Pro spojení
mezi pevnými body, řekněme třeba Prahou a New Yorkem, to znamená zásadní
problém.
Tuto situaci lze řešit v zásadě několika způsoby. Jedním z nich je vysílání
družic na velmi excentrické dráhy, takže důsledkem je jakoby dlouhatánské
stoupání a klesání satelitu nad obzorem v průběhu "viditelné" fáze oběhu,
zatímco protilehlá část orbitu je velmi krátká. V praxi to znamená, že např.
nejbližší bod oběžné dráhy je vzdálen 300 km a nejvzdálenější 10 000 km.
Ačkoliv tato metoda má své výhody, některé obtíže přetrvávají, jako třeba
nutnost orientovat pozemské antény v případě snahy o směrování vysílání.
Dalším velmi populárním způsobem řešení přímé viditelnosti družic nad určitými
místy zemského povrchu je využití tzv. geostacionární dráhy. Jedná se o
"taktiku", s níž přišel řadu let před započetím skutečných letů slavný vědec a
především autor sci-fi literatury Arthur C. Clark, jenž se mohl již za svého
života těšit ze skutečného využití této myšlenky. Princip je vlastně velmi
prostý: satelit je raketou vyveden na co možná nejpřesnější, téměř kruhovou
dráhu, a to v takové výšce, že jeden oběh po této orbitě trvá stejně dlouho,
jako otočení zemského povrchu pod ním. Vzdálenost od Země je v tomto případě
zhruba 36 000 km (což je asi 1/11 cesty k Měsíci) a družice, putující první
kosmickou rychlostí, obíhá vůči zemskému povrchu nulovou rychlostí. Jinými
slovy, satelit je "přibit" na přesném místě na obloze, což s sebou nese zásadní
výhodu v podobě možnosti nasměrovat na něj napevno instalovanou parabolickou
anténu. Právě tento způsob umístění družic na dráze je jedním z
nejpopulárnějších řešení a s ním souvisí obrovská móda i praktická využitelnost
"satelitů", tedy slangově pojmenovaných parabolických přijímacích antén, jež
jsou nasměrovány právě na některý ze skutečných geostacionárních satelitů.
Využití tohoto typu drah na sebe opět nedalo dlouho čekat. Již v srpnu 1964
vynáší raketa družici s názvem Syncom 3, jejíž předchůdkyně byly také
telekomunikačními zařízeními, ovšem na drahách s vysokou excentricitou. První
reálný geostacionární satelit byl skutečně používán k přenosům
telekomunikačním, a to hned ve dvou tragicky protichůdných případech:
zpravodajský přenos z olympijských her v Tokiu 1964 byl nahrazen komunikačním
tokem na bojiště vietnamského konfliktu. I tato družice vysílala v pásmu
mikrovln na frekvencích cca 1,8 a 7,4 GHz a nabízela 300 paralelních
telefonních okruhů.
V současné době je na geostacionární dráze dosti těsno a zemský povrch s
milióny příjemců především televizního vysílání využívají řady družic různých
programů. Pro uživatele v tuzemsku hrají významnou roli rodiny satelitů Astra a
Hotbird - první z rodiny Astra startoval v roce 1997, úvodní modul z kolekce
Hotbird pak o dva roky dříve. Jedná se o velmi výkonná zařízení, neboť každá
družice běžně disponuje několika desítkami transpondérů (zesilovačů přenášeného
vysílání) a škálou příslušných frekvenčních pásem, jež se nachází v mikrovlnné
oblasti kolem 11 a 12 GHz. A abychom byli konkrétní, uveďme, že třeba satelity
Astra jsou v tuzemsku využívány pro šíření programové nabídky služby UPC Direct.
Mobilní kdekoliv: vrcholy a pády Iridia
Nasazení geostacionárních družic má nesporné výhody v případě přenosu signálů,
jejichž koncoví příjemci na zemském povrchu jsou dostatečně stabilní na to, aby
disponovali "pořádnou" anténou pro příjem. Parabola o třeba metrovém průměru
bezesporu nevyhovuje představě o mobilním uživateli, a to ani v automobilu, o
putování s "batohem na zádech" ani nemluvě. Vzdálenost geostacionární orbity je
zkrátka příliš velká na to, aby přijímač mohl vypadat zhruba jako běžný GSM
telefon. Právě tato skutečnost jistě dlouho bránila tomu, aby vznikl globální
celosvětový mobilní telefonický systém, jehož koncové zařízení, tedy telefon,
by byl snadno přenosný.
Spojit alespoň částečnou mobilitu uživatelů s umístěním satelitů na
geostacionární dráze se pokusil projekt Inmarsat, zaměřený především na
komunikaci v oblastech mimo souš. Družice jsou umisťovány od roku 1990 na
skutečné geostacionární dráze a zásadní nevýhodou je právě nutnost relativně
masivního přijímacího zařízení, což vás zásadně neomezuje třeba v letadle či na
jachtě, ovšem oproti GSM telefonu je zde propastný rozdíl který brání opravdu
mobilnímu použití. Mimochodem, i tyto družice operují při vysílání v pásmech
kolem 1,6, 3,6 či 6,4 GHz.
Překlenout "poslední" obtíž se odhodlala společnost Motorola ve svém návrhu
globálního satelitního telefonního systému, jenž dostal název Iridium. Pokud
bychom použili příměr z oblasti "pozemské" mobilní telefonie, pak by se dalo
říci, že úkol základnových stanic (BTS) zde přebírá skupina družic,
pohybujících se na relativně nízkých oběžných drahách. Pro pokrytí celého
zemského povrchu je jich potřeba značné množství, takže systém Iridium byl
původně navržen v podobě 77 satelitů, realizováno jich bylo ve skutečnosti 66,
dalších 6 kusů funguje jako záloha. V září 1998 bylo konečně všech 72 družic
(po patnácti startech nosných raket) na oběžných drahách a provoz mohl začít.
Přestože technologického cíle bylo v zásadě dosaženo, provozující společnosti,
jež se s tímto podnikem postupně popraly, víceméně dosud trápí návratnost
vložených prostředků a ekonomičnost celého provozu. Projekt Iridium není
jediný, kdo poskytuje technologické zázemí pro velkoplošnou mobilní komunikaci.
Druhou společností, jež zároveň představuje fakticky jediného konkurenta, je
Globalstar, která však vsadila na pokrytí pouze obydlených částí souše. Iridium
tedy zůstává jediným systémem, jenž umožňuje komunikaci i na mořích či v
polárních oblastech, kde často dobrodruhům či věděckým pracovníkům tato služba
přijde vhod.
Po technické stránce pracují družice Iridium ve třech frekvenčních pásmech
podle toho, s kým navazují spojení. Při komunikaci s pozemním koncovým
zařízením se používá pásmo kolem 1,6 GHz (tedy velmi blízko systému GSM), mezi
sebou družice vysílají v oblasti 23-29 GHz a komunikace s pozemními centry je
navazována v pásmech kolem 19,5 a 29,2 GHz (pro každý směr zvlášť).
I přes nadějné vyhlídky a ambiciózní plány se zdá být jasné, že potenciální
uživatelé svou ochotou platit podobnou "globální" komunikaci neudrží v provozu
více než ony 2 až 3 reálně fungující systémy. Přesto se další jeden až dva
konkurenti průběžně snaží vybudovat podobné systémy, takže se nechme překvapit.
Závěrem: exotické i důvěrně známé
Blížíme se k závěru naší malé exkurze do světa komunikace za hranicemi našich
běžných pozemských rozměrů. Možná je pro mnohé z vás překvapením, že přenos
užitečných dat se odehrává ve frekvenčních pásmech, jež běžně používáme i pro
jiné, dosti "přízemní" sítě. Při bližším zkoumání byste však dospěli k závěru,
proč tomu tak je: mikrovlnné rádiové vysílání lze totiž ideálně směrovat do
úzkých paprsků a zacílit je tak na velmi vzdálené objekty. Navíc mezi
frekvencemi 2-30 GHz se nachází pásmo, jež není ani příliš rušeno všeobecným
kosmickým "šumem" (pod 2 GHz) a navíc mu není na překážku vysoká vlhkost a
vodní kapky v atmosféře (nad 30 GHz). Někdy na první pohled neuvěřitelných
výkonů tedy bylo dosaženo využitím známých technologií a souhrou mnoha
technologických faktorů, na jejichž konci se nachází sledování signálů
vzdálených meziplanetárních sond za nebývale svízelných podmínek.
Země z nebe
JAK NA INTERNETU HLEDAT PODROBNÉ FOTOGRAFIE ZEMĚ
JOSEF KULHAVÝ
Na orbitálních drahách kolem planety Země obíhá nespočet satelitních družic s
různým posláním. Hned několik desítek těchto družic se zabývá podrobným
snímkováním zemského povrchu. Výsledky jejich práce můžeme vyhledávat a
prohlížet na internetu.
Jako první se začali zabývat snímkováním povrchu naší planety vojáci - zejména
kvůli špionáži nepřátelských území. Postupně pochopili význam podrobného
fotografování země i civilisté. Ti jej využívají ke zpřesňování mapových
podkladů a map, pro aplikaci v zemědělství, geologii, lesnictví, při
regionálním plánování, ale také ve zkoumání globálních proměn Země.
Kvalita a rozlišení snímků je u různých projektů rozdílná. Některé družice
odesílají snímky z orbitu v odstínech šedi, většina však zvládá rozeznávat
miliony barev. Rozlišení se u běžně dostupných snímků pohybuje maximálně do
úrovně, kdy jeden obrazový bod na fotografii odpovídá jednomu metru zemského
povrchu. To se sice zdá jako velmi málo, nicméně svůj účel takové fotografie
pohodlně splňují. Můžeme pouze spekulovat o tom, jak přesné jsou snímky
vojenské. Má se za to, že jsou o jeden až dva řády dokonalejší.
Satelitní družice obíhají naši planetu po oběžných drahách ve výšce zhruba od
450 do 850 km. Tím je mimochodem dáno, že pro zmapování celého zemského povrchu
je třeba, aby družice obletěla zemi nejen jednou, ale několikrát - řádově
stokrát až tisíckrát. I při úctyhodné rychlosti přesahující 20 000 km/h trvá
družici několik dní, než se jí podaří zmapovat celý zemský povrch.
Internetových serverů, na nichž jsou fotografie zaslané satelitními družicemi
uloženy, je několik. Některé z nich vyžadují placený přístup, my se však budeme
zabývat výhradně těmi, které nabízejí bezplatný přístup (i za cenu sníženého
rozlišení nebo barevného podání) a obsahují detailní fotografie České republiky.
Než se pustíme do vyhledávání těchto fotografií, měli bychom znát přesné
souřadnice, kde se místo našeho zájmu nachází. To nám na mnohých serverech
značně ulehčí práci s vyhledáváním konkrétní lokality. K určení souřadnic
můžeme využít například server http://www.mapy.cz: do vyhledávacího pole zadáme
název obce a u konkrétní mapy pak mezi dalšími informacemi získáme přesnou
zeměpisnou šířku a délku ve stupních a minutách.
Digital Globe
Na adrese http://archivetool2.digitalglobe.com naleznete mapu celé naší
planety. Po kliknutí myši (nebo po tažení myši s přidrženým levým tlačítkem) na
jakékoliv místo na mapě se před vámi otevře výřez se zakreslenými orientačními
body (silnice a větší obce). Takto můžete místo na mapě stále zpřesňovat. Mapou
lze rovněž v libovolném směru posouvat, k čemuž slouží symbol ruky nad mapou.
Prohlížet lze pouze výseče, které jsou ohraničeny černou barvou. Pokud máte
zájem prohlížet i ty, které jsou vyznačeny šedě, změňte kritéria výběru vlevo
od mapy. Zde je nutné nastavit hodnotu "Maximum Cloud Cover (maximální překrytí
mraky) na 100 %. Výsledek však zřejmě nebude příliš dobrý. Nyní nad mapou
klikněte na symbol "Highlight Tools" a označte konkrétní část mapy, o kterou
máte zájem. V dolní části stránky se zobrazí zvýrazněný odkaz na konkrétní
snímek spolu s popisem jeho kvality. Klikněte na tlačítko "View" - objeví se
před vámi požadovaná mapa. Server DigitalGlobe.com trpí zásadním nedostatkem:
některé části zemského povrchu dosud nejsou do databáze serveru zaneseny, takže
na mapě České republiky některá místa vůbec nenajdete.
Space Imaging
Pro co nejpohodlnější vyhledání snímku na serveru http://www.spaceimaging.com
doporučujeme nejprve bezplatnou registraci. Jen po přihlášení uživatelským
jménem a heslem se lze totiž pohodlně dostat k databázi "Carterra" a tím i k
mapě světa, se kterou lze pracovat velmi intuitivně. Vedle mapy zvolte ikonu
přibližovací lupy a její pomocí vyberte požadované místo. Pokud znáte alespoň
přibližné zeměpisné určení hledaného místa ve stupních a minutách, můžete
taktéž použít tlačítko "Locate" a dále "Lat/Long" nad obrázkem mapy.
Nyní alespoň přibližně určete území, o jehož snímek máte zájem, a stiskněte
tlačítko "Select". V okně, které se před vámi otevře, zvolte rozlišení (buď 5 -
metrů bezplatně, nebo 1 metr - placený přístup). Nyní server vyhledá všechny
dostupné fotografie a jejich výčet spolu s podrobnostmi a odkazy na konkrétní
fotografii hledaného místa zobrazí pod mapou.
Spot Image
Na stránce http://sirius.spotimage.fr je třeba nejdříve vyplnit registrační
údaje, aby bylo možné vstoupit do obsáhlé fotogalerie. Po přihlášení
uživatelským jménem a heslem vyberte v horní části stránky jako "Product Type"
možnost "SPOT Scene" a jako "Search Mode:" volbu "By Place Name". Z
rozevíracích nabídek postupně upřesňujte hledané místo a nakonec klikněte na
červené tlačítko "Start Search". Zobrazí se vám seznam nalezených fotografií.
Další bohužel závisí na vaší intuici, i když by vám mohly pomoci alespoň
zpřesňující informace o každé z nalezených fotografií. Po kliknutí na jakékoliv
číslo v prvním sloupečku se otevře nová stránka s vybraným obrázkem.
Terra Server
Ovládání serveru http://www.terraserver.com je více než jednoduché: v menu v
horní části stránky vyberte odkaz "Search" a dále "City (Intrernational)". Do
připravených políček zadejte město (server dokázal najít dokonce obce České
republiky s méně než 1 000 obyvatel!) a stát (Czech Republic). Na stránce s
vyhledanými výsledky vyberte nejprve obec podle zeměpisné šířky a délky (pokud
se zobrazí více výsledků), na další stránce klikněte na odkaz zobrazený vedle
popisu obrázku. I když fotografie mají relativně nízké rozlišení, je výsledek
podle našeho názoru nejlepší ze všech sledovaných serverů. I když tato hodnota
je udávána 15 metrů na 1 pixel, je možné narazit na několikrát lepší
fotogalerii.
Orthomapa Prahy
Hledat na výše zmíněných serverech konkrétní pražskou ulici by bylo velmi
zdlouhavé a výsledek by nebyl příliš uspokojivý. Na serveru
http://mapy.atlas.cz však kvalitní fotografickou mapu našeho hlavního města
naleznete. Z rozevírací nabídky vyberte "Praha_Ortho" a město se před vámi
otevře jako na dlani.
PŘEDPLATNÉ
ČLÁNKY DO MAILU