Od momentu, gdy człowiek po raz pierwszy postawił stopę na Księżycu, wkrótce minie 50 lat. Wielki triumf, jakim była misja Apollo 11, nie bez powodu został ochrzczony przez współczesnych największym osiągnięciem XX wieku, a w historycznych słowach Neila Armstronga, pierwszego człowieka stawiającego stopę na księżycowej ziemi, „wielkim krokiem dla ludzkości”. Oto ludzkie istoty po raz pierwszy w historii pojawiły się na innym ciele niebieskim niż Ziemia. Wydarzenie to rozbudziło wyobraźnię i nadzieje epoki, zyskujące swoje odzwierciedlenie w rozlicznych filmowych i literackich dziełach gatunku science-fiction. Ścieżka wydawała się prosta: dalsze loty, budowa baz księżycowych, lądowanie na Marsie i jego kolonizacja, a w jeszcze dalszej perspektywie sięgnięcie do gwiazd innych niż nasze Słońce.

wielki krok ludzkości

Nadzieje futurystów zostały gorzko zawiedzione. Po Apollo 11 człowiek postawił stopę na Księżycu zaledwie kilka razy, po czym nie sięgał dalej niż na orbitę okołoziemską. Eksploracja Układu Słonecznego po dziś dzień następuje wyłącznie za pomocą misji bezzałogowych: sond i autonomicznych łazików. Jedyną prawdziwie przełomową pod względem wyzwania misją bezzałogową była zrealizowana przez ESA (European Space Agency – Europejską Agencję Kosmiczną) misja Rosetta, której celem było osiągnięcie orbity i jak najlepsze zbadanie komety 67P/Churyumov–Gerasimenko. Od strony badawczej misja ta miała dostarczyć nowych informacji w odpowiedzi na pytanie o początki wody (a tym samym i życia) w Układzie Słonecznym, jednakże jej doniosłość miała inne przyczyny. Wystrzelona w 2004 z francuskiej Gujany sonda jako pierwsza w historii osiągnęła orbitę komety w 2014, co zważywszy na wielkość i specyficzne trajektorie komet, graniczyło z niemożliwością. Był to trudny sprawdzian nie tylko nowatorskich technologii, ale przede wszystkim logistycznego zamysłu i dotychczasowego rozumienia ruchu ciał niebieskich. Przez 10 lat swojego lotu Rosetta musiała wielokrotnie korzystać z asysty grawitacyjnej (efekt przyśpieszenia pojazdu przez otarcie się o orbitę ciała niebieskiego, pozwalający na spore oszczędności paliwa), w tym trzykrotnie z pomocą Ziemi. Manewry te nie zostawiały najmniejszego marginesu błędu.

artystyczna wizja Rosetty nad kometą

zdjęcie komety wykonane przez sondę w dniu 3 sierpnia 2014

Sukces Rosetty głęboko podważył część argumentów wysuwanych przeciw kontynuacji dalszych misji załogowych w głębokiej przestrzeni kosmicznej. Wśród najczęściej powtarzanych pojawiał się niedostatek wiedzy i technologii pozwalających na dokonanie kolejnych milowych kroków. Naukowcy z ESA jasno udowodnili ich nietrafność. Polemikę z tymi argumentami, jeszcze zanim rozpoczęto misję Rosetta, prowadził Elon Musk, pochodzący z RPA a mieszkający dziś w USA przedsiębiorca i wizjoner. Człowiek ten, mający w swoim dorobku stworzenie między innymi PayPala (najpopularniejszego na świecie internetowego serwisu płatniczego) i współudział w stworzeniu Tesla Motors (dziś Tesla Inc. –  innowacyjna firma rozwijająca technologię samochodów elektrycznych z zamysłem masowej ich produkcji), w 2002 roku założył SpaceX. Celem tego przedsiębiorstwa był rozwój prywatnego transportu na orbitę okołoziemską a od 2010 także wysłanie załogowej misji na Marsa. Wśród czołowych projektów firmy, znajdujących od kilku lat zastosowanie w misjach zaopatrzeniowych NASA i dostarczaniu satelitów na orbitę, są rakiety z rodziny Falcon (ang. jastrząb) i statki kosmiczne Dragon (ang. smok).

Elon Musk prezentujący statek kosmiczny Dragon

W przekonaniu Elona Muska część technologicznych postępów stanowi nieuchronność wynikającą z potrzeby i dynamiki rozwoju społeczeństw, podczas gdy inne mogą nigdy nie zaistnieć bez świadomego dążenia ku nim. Przykładem nieuchronnej technologii są panele słoneczne: wcześniej czy później opracowanie ich stanie się konieczne w związku z wyczerpaniem paliw kopalnych. Technologie eksploracji kosmosu i międzyplanetarnych misji załogowych w żaden sposób nie wynikają z jakichkolwiek realnych potrzeb społeczeństw czy gospodarek. W sporym stopniu słuszności tego przekonania dowiodło porzucenie ich rozwoju przez czołowe mocarstwa po wygraniu wyścigu na Księżyc przez USA. Wraz z zanikiem potrzeby propagandowego sukcesu w kosmosie finansowanie rozwoju nowych, bardziej wydajnych silników rakietowych, gwałtownie zmniejszyło się po obydwu stronach oceanu. W ciągu ostatnich 50 lat na polach komputeryzacji czy robotyki dokonano olbrzymiego skoku, jednakże wciąż nie powstała rakieta potężniejsza od Saturna V, którym posłużyła się misja Apollo 11. W trafny sposób kontrast ten obrazuje popularne powiedzenie, że aby wysłać człowieka na Księżyc, wystarczyło kilkadziesiąt megabajtów RAM, by zaś uruchomić nowego Windowsa, potrzebny jest gigabajt.

Dragon na orbicie okołoziemskiej

Głównym powodem zniechęcającym do załogowej eksploracji kosmosu są olbrzymie koszta przy braku zysków. Zanim SpaceX wkroczyło na scenę, szacowany koszt wyniesienia jednego funta materii (około 0,45 kg) na orbitę kosmiczną w zależności od wykonawcy wynosił od 10 tys. dolarów (promy kosmiczne NASA – loty zawieszone w 2011 na rzecz korzystania z usług prywatnych firm) do ponad 43 tys. dolarów (bezzałogowe statki Cygnus, budowane i operowane przez firmę Orbital ATK). Oznaczało to, że cykliczne dostarczanie zaopatrzenia i transport małej siedmiosobowej załogi na potrzeby ISS (International Space Station – Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, znajdującej się na niskiej orbicie ziemskiej) pochłaniały setki milionów dolarów rocznie. W tych okolicznościach szacowane koszty budowy instalacji porównywalnych do ISS czy wysłania na Księżyc oraz Mars załóg, zaopatrzenia i komponentów habitatów są – nomen omen – astronomiczne.

Dragon dokujący do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS)

Elon Musk kwestię redukcji kosztów transportu materii na orbitę uczynił podstawowym celem SpaceX. Przywołując przykład transportu lotniczego wskazuje, iż kluczem do ekonomicznie akceptowalnych kosztów jest zdolność wielokrotnego używania tego samego pojazdu. Współczesne samoloty pasażerskie kosztują w produkcji tyle samo bądź więcej, niż rakiety wynoszące ładunki na orbitę, jednak w przeciwieństwie do nich wykonują w ciągu swego „życia” tysiące lotów. Dotychczas produkowane rakiety zostają w całości zniszczone w trakcie misji i jedynym komponentem, który może zostać ponownie użytym jest sam prom (statek) kosmiczny (nie tyczy się to statków Cygnus). Kwestią dodatkową wskazywaną przez Muska jest konieczność stosowania relatywnie tanich, a zarazem sprawdzonych technologii pozwalających na masową produkcję pojazdów.

start Falcona 9, w misji Thaicom-8, w dniu 27 maja 2016

SpaceX, który podobnie jak Orbital ATK uczestniczy w Programie Lotów Komercyjnych NASA (NASA’s Commercial Crew Program), zdołał koszty transportu obniżyć z 27 tys. do 9 tys. dolarów na funt w przypadku pełnego załadunku w locie na orbitę i z powrotem na Ziemię w 2016 roku. Aktualnie firma jest w stanie koszt ten zbić do 2-3 tys. dolarów przewidując zarazem, że nowa rakieta Falcon Heavy zdoła obniżyć go aż do 1 tys dolarów. Wielkość ta to i tak zaledwie 1/10 planowanej wydajności mającej uczynić loty kosmiczne ekonomicznie uzasadnionymi.

Statek Cygnus firmy Orbital ATK chwilę po odlączeniu się od ISS

Dotychczasowy sukces SpaceX to przede wszystkim udane wcielenie w życie koncepcji rakiet wielokrotnego użytku. 21 grudnia 2015 roku rakieta Falcon 9 dostarczyła 11 satelitów komunikacyjnych na orbitę i zdołała bezpiecznie wylądować na Ziemi, dokonując pierwszego w historii udanego lądowania orbitalnej rakiety. Podobne lądowanie miało miejsce 11 kwietnia 2016 roku po dokonaniu misji zaopatrzeniowej ISS, tym razem jednak rakieta wylądowała na bezzałogowym statku – platformie na Oceanie Atlantyckim. Zwiększająca się flota takich tanich w utrzymaniu statków staje się podstawą unikalnego systemu odzyskiwania rakiet lądujących w morzu, co znacząco zwiększa opłacalność misji. Sytuacja, gdy miejsce lądowania musi znajdować się na lądzie, wymusza znacznie większą rezerwę paliwa, a co za tym idzie – ograniczenie ilości transportowanego ładunku.

udane lądowanie misji CRS-8 na statku – platformie

Największe osiągnięcie potwierdzające realność wizji Elona Muska nastąpiło w tym roku w dniu 30 marca. Rakieta Falcon 9, użyta przy misji zaopatrzeniowej w kwietniu zeszłego roku, zdołała z powodzeniem wylądować po dostarczeniu w kosmos satelity geostacjonarnego. Tym samym doszło pierwszy raz w historii do ponownego użycia (i odzyskania) raz już użytej rakiety orbitalnej – kolejny bardzo ważny krok milowy. Z każdym kolejnym lotem tej rakiety i wszystkich innych, koszt transportu materii na orbitę będzie maleć. Warto zauważyć, że w chwili obecnej jest on znacząco zawyżony przez sam fakt inwestowania miażdżącej większości zysków SpaceX w opracowywanie nowych wersji rozwojowych Falcona i Dragona. Doświadczenia zdobywane przy każdym locie pozwalają tworzyć projekty coraz bliższe docelowej wydajności 100 dolarów za transport jednego funta ładunku na orbitę, a tym samym przybliżają realizację głównego celu: wysłania załogowej misji na Marsa.

wyłożone włóknami węglowymi wnętrze prototypu zbiornika paliwa dla marsjańskiego pojazdu SpaceX

Jeśli mowa o misjach marsjańskich, SpaceX myśli ambitniej niż ktokolwiek wcześniej. Firma Elona Muska planuje nie pojedyncze misje badawcze, jakie znamy z rozlicznych filmów s-f, ale masowy transport tysięcy ludzi z zamysłem stworzenia milionowej stałej kolonii do końca stulecia. Wizja ta wielu ludziom wyda się równie nierealną co szaleną, jednak bliższa analiza wskazuje, że jest zgoła inaczej. Planowana wydajność 100 dolarów za funt ładunku na orbitę jest wartością konieczną, aby loty kosmiczne stały się finansowo dostępne dla dziesiątek czy nawet setek milionów najzamożniejszych ludzi. O ile dotychczasowy koszt turystycznej wyprawy na orbitę zaczynał się od 10 milionów na osobę, realizacja celów SpaceX zmniejszy go do 100 tys. lub jeszcze mniej. Oznacza to, że nawet marsjańska podróż znajdzie się w zasięgu przeciętnego przedstawiciela amerykańskiej klasy średniej. W miarę, jak dopracowywana będzie technologia wskutek nabytych doświadczeń, koszt ten będzie mógł maleć coraz bardziej, jak to obserwujemy obecnie zakresie samych tylko lotów na orbitę. Warto pamiętać w tym miejscu o ewolucji transportu lotniczego, który na przestrzeni dekad z luksusowej usługi przekształcił się w środek masowej komunikacji. Wysoka ekonomiczna wydajność pozwoli także na transport środków zwiększających jeszcze bardziej opłacalność marsjańskiej turystyki i osadnictwa. Mowa tutaj nie tylko o stworzeniu samowystarczalnej produkcji żywności, tlenu i wody na użytek przyszłych Marsjan, ale także paliwa dla statków wracających na orbitę ziemską.

artystyczny koncept startu marsjańskiego pojazdu

Istotną kwestią w przypadku misji marsjańskiej jest uzupełnianie paliwa głównego statku kosmicznego na orbicie ziemskiej. Największe wydatki energetyczne a co za tym idzie zużyte paliwo, przeznaczane są na pokonywanie grawitacyjnej studni naszej planety. Łączna energia potrzebna, by odbyć podróż z orbity ziemskiej na marsjańską i z powrotem jest mniejsza, niż ta potrzebna, by znaleźć się na ziemskiej orbicie startując z poziomu morza. W związku z tym, statek kierujący się na Marsa w pierwszej fazie misji, otrzyma tylko tyle paliwa by osiągnąć orbitę, po czym zostanie zasilony za pomocą pomniejszych statków na potrzeby dalszej podróży. Opracowane już przez SpaceX silniki Raptor pozwalają na wyniesienie na niższą orbitę ziemską 300ton ładunku, co stanowi dwukrotność możliwości Saturna V (amerykańskie misje księżycowe). Możliwości te w połączeniu z zdolnością odzyskania rakiet drastycznie zmniejszają koszt marsjańskiej misji już dziś.

porównanie szeregu rakiet gdzie przedostatnia to Saturn V a ostatnia marsjański pojazd SpaceX (wartości pod pojazdami to masa w kilogramach możliwa do wyniesienia na orbitę)

Ważnym testem dla najnowszych wersji rozwojowych pojazdów SpaceX będzie przyszłoroczna misja księżycowa. Dwóch prywatnych turystów sfinansowało incognito przygotowania do pierwszego komercyjnego lotu na orbitę Księżyca. Jeśli misja się odbędzie i powiedzie, człowiek wróci w głęboką przestrzeń kosmiczną po 46 latach nieobecności. Wzbogaceni o nowe bezcenne doświadczenia inżynierowie SpaceX będą mogli z dumą oświadczyć ludzkości, że następnym przystankiem będzie Mars.

Dragon 2 za pomocą zostanie zrealizowana przyszłoroczna komercyjna misja księżycowa

Zainteresowanych większą ilością informacji na temat SpaceX polecam odwiedzenie ich oficjalnej strony oraz kanału na youtube.

Comments

comments