Lidstvo proměnilo blízký vesmír v satelitní dálnici. Od prvních vědeckých misí až po telekomunikační konstelace tisíců zařízení – umělé objekty na oběžné dráze plní tak rozmanité funkce, jako je propojování telefonů, navádění letadel, sledování počasí nebo mapování lesů.
V současné době se podle NASA kolem naší planety nachází přibližně 15 000 aktivních družic (a více než 30 000 sledovaných objektů, pokud počítáme i trosky a stupně raket), ale do roku 2030 se jejich počet zvýší více než exponenciálně: Evropská kosmická agentura hovoří o 100 000 družicích. S tím, jak se zaplňuje nízká oběžná dráha Země (LEO), se tedy zraky inženýrů a vědců obracejí k širšímu prostoru, včetně oblasti mezi Zemí a Měsícem, známé jako cislunární prostor.
Tento zájem není jen teoretický. Programy, jako je Artemis NASA, jehož cílem je trvalá přítomnost člověka na Měsíci, nebo čínské plány na vybudování vědecké základny na jižním pólu Měsíce, jsou závislé na komunikační, navigační a pozorovací infrastruktuře, která bude nevyhnutelně procházet cislunárním prostorem. Souběžně s tím začínají agentury a soukromé společnosti uvažovat o datových centrech na oběžné dráze, tankovacích stanicích, slunečních pozorovacích plošinách nebo dokonce továrnách na mikrogravitaci za nízkou oběžnou dráhou.
Tato oblast, která sahá až stovky tisíc kilometrů za oběžnou dráhu Země, je považována za další logický krok pro rozšíření satelitní infrastruktury – od komunikace mezi Zemí a budoucími měsíčními základnami až po pozorovací stanice nebo vesmírná datová centra sloužící lidským misím. Nová studie však ukazuje, že není snadné udržet v této oblasti stabilní družice.
Otázka, kterou si autoři položili, je stejně jednoduchá jako znepokojivá: co by se stalo, kdybychom cislunární prostor zaplnili milionem satelitů? Ne jako reálný krátkodobý plán, ale jako extrémní numerický experiment, jehož cílem je pochopit, do jaké míry je toto prostředí „přátelské“ k umělým družicím, nebo naopak.
Milion virtuálních satelitů a 1,6 milionu hodin práce procesoru
Autoři, vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), použili dva výkonné superpočítače (pojmenované Quartz a Ruby) k simulaci pohybu přibližně milionu virtuálních družic na různých pozicích v cislunárním prostoru. Nejednalo se o „skutečné“ družice s anténami a solárními panely, ale o testovací body řídící se gravitačními zákony s různými počátečními podmínkami: různou výškou, sklonem a rychlostí, aby bylo pokryto široké spektrum možných oběžných drah.
Simulace byly tak složité, že podle laboratoře zabraly ekvivalent 1,6 milionu hodin práce procesoru: bez tohoto výpočetního výkonu by jejich dokončení na běžném počítači trvalo téměř dvě století. Pro představu, Quartz a Ruby jsou součástí vysoce výkonné výpočetní infrastruktury LLNL, která je schopna provádět tisíce bilionů operací za sekundu.
Supercomputers simulated the orbits of 1 million satellites between Earth and the moon — and less than 10% survived | Live Science https://t.co/0vyBqm0t6L
— Unlikely Buddha (@Unlikely_Buddha) February 19, 2026
Důvodem této výpočetní náročnosti není jen počet simulovaných družic, ale i povaha problému: pohyb objektů v soustavě Země-Měsíc-Slunce je klasickým případem „problému tří těles“, tedy scénáře, v němž neexistuje jednoduché a přesné matematické řešení pro předpověď dlouhodobé trajektorie. Místo uzavřeného vzorce musí výzkumníci „postupovat“ po dráze krok za krokem a počítat síly ve velmi malých časových intervalech, což znásobuje výpočetní náklady.
Cislunární prostor je mnohem chaotičtější než nízká oběžná dráha Země
Výsledky jasně ukazují, že toto území se nechová se jako nízká oběžná dráha Země. Zatímco na LEO mohou být trajektorie družic relativně předvídatelné a stabilní po celé roky (s drobnými palivovými korekcemi), prostor mezi Zemí a Měsícem je vystaven neustálému gravitačnímu boji. Ten zahrnuje nejen gravitaci Země a Měsíce, ale také vliv Slunce, excentricitu lunární dráhy a dokonce i drobné nepravidelnosti tvaru Země a samotného Měsíce.
V praxi to znamená, že malé počáteční rozdíly se v průběhu času zesilují. Dvě družice, které začínají na přibližně stejné dráze, mohou mít nakonec velmi odlišný osud: jedna může zůstat přiměřeně stabilní a druhá může spadnout k Zemi nebo uniknout do hlubokého vesmíru. To je typické chaotické chování v matematickém smyslu slova: velmi citlivé na počáteční podmínky.
Výsledek byl zarážející: ačkoli přibližně polovina trajektorií (54 %) byla stabilní po dobu alespoň jednoho roku, pouze 9,7 % z nich zůstalo stabilních po dobu šesti let, což byla celá doba trvání simulace. Jinými slovy, méně než jedna z deseti virtuálních družic by zůstala na užitečné oběžné dráze po delší dobu. Zbytek by dříve či později spadl zpět na Zemi nebo na Měsíc, případně by unikl na vzdálené oběžné dráhy nepraktické pro operační mise.
Proč je cislunární vesmír tak komplikovaný
Velká část vysvětlení spočívá v gravitační složitosti. V prostoru mezi Zemí a Měsícem mohou malé odchylky v gravitačním poli Země – například proto, že Země není dokonale kulové těleso a má oblasti s větší či menší hustotou – a odchylky v měsíční a sluneční gravitaci měnit trajektorie objektů v čase.
Měsíc navíc neobíhá kolem Země po dokonalé kružnici, ale po mírně eliptické a skloněné dráze a jeho vzdálenost se během měsíce mění přibližně o 50 000 kilometrů. Rovina oběžné dráhy Měsíce se také v čase pohybuje pomalu. To vše přináší malé gravitační „otřesy“, které mohou v průběhu let destabilizovat oběžnou dráhu, jež se původně zdála bezpečná.
To způsobuje, že mnoho simulovaných oběžných drah se stávají nestabilními: některé virtuální družice se nakonec dostanou příliš blízko k planetě nebo Měsíci, ztratí výšku, nebo dokonce zůstanou na trajektoriích, které by je posunuly do méně užitečných oblastí. V jiných případech jsou dráhy deformovány tak, že se stanou tak excentrickými (silně protáhlými), že již nejsou praktické pro komunikaci nebo navigaci, i když družice do ničeho doslova nenarazí.
Toto chování je v kontrastu s tím, co se děje na LEO nebo geostacionárních drahách (GEO), kde jsou hlavní perturbace – jako je zbytkový odpor atmosféry nebo tlak slunečního záření – relativně dobře známé a lze je kompenzovat pravidelným manévrováním. Naproti tomu v cislunárním prostoru jsou perturbace četnější, silnější a dlouhodobě obtížněji předvídatelné.
Lagrangeovy body: Ostrovy relativní stability
Uprostřed tohoto gravitačního chaosu však existují určité „ostrůvky“ relativní stability: Lagrangeovy body systému Země-Měsíc. Jedná se o polohy v prostoru, kde gravitační síly Země a Měsíce v kombinaci s oběžným pohybem umožňují objektu zůstat v přibližně stejné konfiguraci vzhledem k oběma tělesům.
V soustavě Země-Měsíc je pět takových bodů, které se nazývají L1 až L5. Některé z nich se již používají nebo se budou používat při reálných misích. Například budoucí lunární stanice Gateway bude umístěna na téměř rektilineární halo dráze (NRHO) kolem bodu L2 na odvrácené straně Měsíce. Tyto dráhy nejsou dokonale stabilní – vyžadují malé korekce trajektorie – ale nabízejí velmi atraktivní kombinaci viditelnosti Země, přístupu k měsíčnímu povrchu a úspory paliva.
Simulace LLNL se nezaměřily výhradně na tyto zvláštní body, ale jejich výsledky jsou v souladu s desetiletími studií halo oběžných drah a NRHO: některé orbitální koridory jsou „přátelštější“ než jiné a jejich znalost bude klíčová pro navrhování budoucích cislunárních konstelací.
Od teorie k návrhu reálné mise
Autoři studie zdůrazňují, že poznatky o tom, které dráhy fungují a které ne, jsou stejně cenné jako poznatky o tom, které nefungují. Simulace umožňují vytvořit mapu pravděpodobných trajektorií a pochopit, jaké faktory způsobují, že oběžná dráha trvá roky a ne měsíce. Tento typ analýzy je nezbytný při plánování skutečných misí, protože družice s nefunkční dráhou nejenže ztrácí svou funkčnost, ale může se také stát nekontrolovatelným objektem, který komplikuje budoucí operace ve vesmíru. V praxi se to projevuje v několika liniích práce:
- Pečlivý výběr oběžných drah: Výběr trajektorií, které jsou díky své geometrii méně citlivé na poruchy. Jasnými kandidáty jsou NRHO a některé dráhy „rezonující“ s měsíční periodou.
- Pokročilé algoritmy řízení polohy a dráhy: Navigační systémy schopné detekovat velmi malé odchylky a korigovat je dříve, než se zesílí. Zde přichází ke slovu umělá inteligence a techniky filtrování dat, které se již testují na misích LEO.
- Účinný pohon: Iontové motory nebo motory s Hallovým efektem, které spotřebovávají velmi málo paliva, mohou mít zásadní význam pro udržení polohy po celé roky bez vyčerpání zásob.
- Odolná konstrukce konstelace: Namísto spoléhání se na několik „kritických“ satelitů lze sítě nasadit s redundancí, takže ztráta některých prvků neohrozí celkovou službu.
Kromě toho, i když pravděpodobnost dlouhodobého přežití byla nižší než 10 %, toto číslo stále poskytuje základ pro úvahy o tom, jak navrhnout udržitelné systémy na cislunární oběžné dráze. S vhodnými algoritmy řízení trajektorie, účinným pohonem, vhodně zvolenými gravitačními libračními body nebo dokonce „orbitálními servisními stanicemi“ je možné, že užitečné konstelace budou udržovány i mimo LEO. Simulace ponechává otevřený prostor pro budoucí výzkum s cílem optimalizovat tyto systémy.
Co kdybychom skutečně vypustili milion družic?
Experiment LLNL je numerický, ale nabízí doslovnou otázku: co by to znamenalo fyzicky a politicky vypustit milion satelitů do cislunárního prostoru?
Z fyzikálního hlediska výsledky ukazují, že většina z nich by na užitečných oběžných drahách dlouho nevydržela. Mnohé z nich by skončily nárazem do Země nebo Měsíce nebo by unikly na vzdálené oběžné dráhy. To okamžitě vyvolává problém kosmického odpadu. Ačkoli je cislunární prostor ve srovnání s LEO obrovský, mohou neovladatelné objekty představovat riziko pro pilotované mise, stanice a kritické družice, zejména v blízkosti frekventovaných orbitálních koridorů.
Na nízké oběžné dráze jsme již svědky důsledků nasycení: ESA odhaduje, že se zde nachází více než 36 000 úlomků větších než 10 cm a miliony menších kusů. To si stále častěji vynucuje úhybné manévry a vede mezinárodní společenství k diskusi o pravidlech pro zmírnění úlomků, jako je například vyřazení družic z oběžné dráhy po skončení jejich životnosti nebo jejich konstrukce pro rozpad v atmosféře.
V cislunárním vesmíru, kde neexistuje atmosféra, která by „čistila“ oběžné dráhy, mohou objekty zůstat po desetiletí nebo staletí. Masivní neplánované rozmístění by mohlo vytvořit chaotické prostředí, které by bylo pro budoucí generace obtížně zvládnutelné.
Ani z politického a právního hlediska není situace triviální. Smlouva o kosmickém prostoru z roku 1967 uvádí, že vesmír je dědictvím celého lidstva, a zakazuje jeho národní přivlastnění, ale neupřesňuje, jak řídit intenzivní využívání cislunárního prostoru více subjekty. Novější dokumenty, jako jsou dohody Artemis, se začínají zabývat otázkami koordinace a bezpečnosti, ale stále neexistuje jasný globální rámec pro regulaci masivních konstelací za oběžnou dráhou Země.
Plán pro cislunární „provoz“
Právě z tohoto důvodu jsou studie, jako je studie LLNL, více než jen akademickým cvičením. Fungují jako jakýsi simulátor vesmírného provozu, který nám umožňuje předvídat problémy dříve, než nastanou. Když víme, že pouze 9,7 % náhodných oběžných drah zůstává stabilních po dobu šesti let, naznačuje to několik klíčových závěrů:
- Nemůžeme si dovolit rozmístit družice „naslepo“ v cislunárním prostoru.
- Bude zapotřebí systém řízení kosmického provozu, který bude zahrnovat i tuto oblast, nejen LEO a GEO.
- Mezinárodní spolupráce bude klíčová pro vymezení orbitálních koridorů, vyloučených zón a nouzových protokolů, aby se minimalizovalo riziko kolizí a rušení mezi misemi.
Sama NASA prostřednictvím iniciativ, jako je CAPSTONE, již testuje navigační a komunikační technologie speciálně navržené pro cislunární prostředí. Mise CAPSTONE, malá družice podobná CubeSatu, byla první, která testovala dráhu NRHO, kterou bude používat stanice Gateway, a to právě za účelem ověření modelů a řídicích technik v tomto složitém prostředí.
Přirozená laboratoř pro fyziku a pro náš vztah k vesmíru
Kromě praktického využití je cislunární prostor také přirozenou laboratoří pro studium orbitální dynamiky v systému mnoha těles. Stejné principy, které komplikují život inženýrům – extrémní citlivost na počáteční podmínky, existence chaotických oběžných drah a gravitačních „dálnic“ – jsou zdrojem cenných informací pro fyziku a matematiku.
Paradoxně tytéž trajektorie, které mohou katapultovat družici z užitečné oběžné dráhy, lze využít pro úsporné cestování mezi různými body soustavy Země-Měsíc, nebo dokonce k jiným planetám. Takové „gravitační dálnice“ kolem Lagrangeových bodů v soustavě Slunce-Země již využily mise jako Genesis nebo vesmírný teleskop Jamese Webba.
Otázka „co by se stalo, kdybychom do cislunárního prostoru vyslali milion satelitů?“ nás nakonec nutí zamyslet se nad tím, jak chceme vesmír obsadit. Zkušenosti z LEO ukazují, že je snadné vypustit objekty a mnohem obtížnější je s nimi dlouhodobě zodpovědně nakládat. Studie LLNL naznačuje, že v prostoru mezi Zemí a Měsícem bude tato lekce ještě důležitější: nebude stačit vypouštět více, budeme muset vypouštět lépe.
Jestliže 20. století bylo stoletím prvních obletů a 21. století je stoletím megakonstelací, cislunární prostor by se mohl stát dějištěm další velké kapitoly: rozsáhlého, složitého a společného prostředí, kde se prolíná fyzika s politikou. A kde, jak ukazují tyto simulace, bude přežití družice záviset nejen na její technologii, ale také na tom, do jaké míry pochopíme – a budeme respektovat – gravitační tanec, který ovládá prostor mezi naší planetou a její přirozenou družicí.