Przyszłość załogowych lotów w kosmos

Wszystko zaczęło się 12 kwietnia 1961 roku, kiedy Rosjanin Jurij Gagarin wszedł na orbitę okołoziemską na pokładzie statku Wostok 1. Zaledwie kilka tygodni później podobnego wyczynu dokonał Amerykanin Alan Shepard. 8 lat po obu tych wyczynach Neil Armstrong stanął na powierzchni Księżyca. To przełomowe osiągnięcie umożliwił statek Apollo, wyniesiony w przestrzeń przez rakietę Saturn V. W 1981 roku odbył się pierwszy lot wahadłowca Columbia. W ramach programu System Transportu Kosmicznego (STS) w przestrzeń poleciały również Challenger, Discovery, Atlantis i Endeavour. Program został ostatecznie zamknięty w lipcu 2011 roku.

Ważnym elementem współczesnej astronautyki jest Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS). Składa się z 15 modułów, w których pierwsza załoga zamieszkała w 2000 roku. Przez ten czas obsługiwały ją amerykańskie wahadłowce programu STS oraz rosyjskie statki Sojuz i Progress.

Przyszłość stacji stała się niepewna pod rządami prezydenta Busha, który planował zdjęcie jej z orbity na początku 2016 roku. Ostatecznie jego następca, Barack Obama, przedłużył finansowanie przedsięwzięcia do 2020 roku. Warto przy tym zaznaczyć, że utrzymanie kolosa to wydatek rzędu 2-3 mld dol. rocznie. Dodatkowym "przeciw" stały się ograniczone możliwości dostarczania na jej pokład niezbędnego sprzętu. Obecnie zajmuje się tym rosyjski Sojuz, a sporadycznie cumują do niej europejskie jednostki ATV i japońskie HTV.

Zarówno agencje państwowe, jak i prywatne firmy starają się rozwijać nowe sposoby wynoszenia w przestrzeń ludzi i ładunków. Szczególnie zależy na tym Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA), która pracuje nad załogowym statkiem Orion i rakietą nośną Ares 1.

Harmonogram programu NASA zakłada, że pierwszy załogowy lot kapsuły Orion odbędzie się w 2021 roku. Nie podjęto jeszcze decyzji w sprawie producenta rakiety, która wyniesie ją w przestrzeń. Swoje projekty złożyli Boeing, SpaceX i Lockheed Martin. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że całością zajmie się ten ostatni. Niezależnie od decyzji, pierwszy lot wyrzutni zaplanowano na 2017 rok.

Testy które ruszą w 2014 roku mają ogromne znaczenie dla ogólnej kondycji NASA. Z chwilą zakończenia ery wahadłowców, pracę straciło tam ponad 6 tys. osób.

Rosyjska Federalna Agencja Kosmiczna (Roscosmos) przedstawiła swojemu rządowi długoterminowe plany eksploracji wszechświata. Dziennik gospodarczy "Kommersant" donosi, że do 2030 roku nasi wschodni sąsiedzi planują wysłać załogową misję na Księżyc, a na Marsie umieścić stacje badawcze. W tym celu Roscosmos musi udoskonalić rakiety i rozwijać projekt załogowego statku. Mają w tym pomóc zagraniczne technologie.

Nowy statek, nawiązujący do wycofanych przez Amerykanów wahadłowców, ma umożliwić rosyjskim astronautom załogowe loty na Księżyc. Tego typu projekty nie są dla Rosjan niczym nowym. Kilka lat po pierwszym starcie amerykańskiego wahadłowca Columbia, ich najwięksi konkurenci dysponowali konstrukcją o nazwie Buran. Obie jednostki, choć bardzo do siebie podobne, wyposażone były w zupełnie odmienne rozwiązania. Statek nigdy nie doczekał się wersji załogowej. Wykorzystywany był do przenoszenia ładunku, a jego starty odbywały się z pomocą rakiety Energia.

Na poniższym materiale wideo uwieczniono start promu kosmicznego.

Również Chiny zamierzają wejść w kolejny etap eksploracji kosmosu. Zapewniają przy tym, że plany nie mają nic wspólnego z działaniami militarnymi. - To imponujące, że Chiny weszły na ten etap wynoszenia ciężkich pojazdów, co ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia celu, jakim jest zbudowanie stacji kosmicznej do 2020 roku - powiedział dla AFP Morris Jones, niezależny ekspert z Sydney.

Jednym z głównych założeń programu kosmicznego Chin jest dalsza obecność na orbicie ziemskiej. W przestrzeni pojawią się nowe laboratoria, które dołączą do istniejącego już Tiangong-1. Jest to odpowiedz na niedopuszczenie azjatyckich astronautów do przebywania na pokładzie ISS. Plany zakładają dalsze prace nad systemem podtrzymywania życia, dostarczaniem paliwa i kontynuację budowy stacji kosmicznej, która na stałe zagości na orbicie okołoziemskiej.

Chińczycy planują również rozwój jednostek wysyłanych w przestrzeń kosmiczną. Kolejna generacja rakiet Long March-5 będzie wykorzystywać nietoksyczne i niezatruwające środowiska paliwo. Na niską orbitę okołoziemską (LEO) wyniosą ładunek o masie do 25 ton, a na geostacjonarną (GEO) do 14 ton. W przyszłości skala badań rozszerzy się na inne planety i asteroidy. Azjatyccy astronauci chcą być również drugimi, którzy staną na powierzchni Księżyca. Trudno powiedzieć czy stanie się to przed 2020 rokiem.

Europejczycy realizują kilka projektów, wśród których zdecydowanie najciekawszym jest Skylon. Pod tą chwytliwą nazwą kryje się bezzałogowy (pilotowany zdalnie w powierzchni Ziemi) statek kosmiczny, który na swój pokład może zabierać pasażerów. Sprawdzi się wówczas jako idealne narzędzie do komercyjnych lotów w przestrzeń. W odróżnieniu od amerykańskich wahadłowców, Skylon będzie startował i lądował z pasa startowego. Zgodnie w przewidywaniami powinien być gotowy w 2019 roku.

Powstający we współpracy Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) i Brytyjskiej Agencji Kosmicznej (UKSA) statek wyróżnia się innowacyjnym silnikiem SABRE. Przełomowa konstrukcja testowana przez ESA stanowi swego rodzaju połączenie silnika rakietowego i odrzutowego. Przed wejściem w atmosferę korzysta z tlenu, a ponad nią - z utleniacza. Gdzie tkwi haczyk w tym na pozór banalnym systemie?

Startujące rakieta w bardzo krótkim czasie rozpędza się do prędkości około 5 Ma, czyli 6000 km/h. Na skutek efektu kompresji powietrze dostające się do silników miałoby temperaturę 2000 stopni Celsjusza - wystarczająco wiele, aby stopić wszystkie delikatne elementy silnika. Tlen może bezpiecznie zmieszać się z paliwem po uprzednim schłodzeniu do temperatury - 200 stopni Celsjusza w ciągu zaledwie 1/100 sek. Najważniejszy element silnika SABRE potrafi tego dokonać.

W jego wnętrzu znajduje się złożony system rurek wypełnionych ciekłym helem, który szybko i skutecznie pochłania ciepło z powietrza. Znajdujący się w nim tlen jest kompresowany, miesza się z wodorem i napędza silniki. Hel przepływa w tym czasie przez zbiornik z ciekłym azotem, gdzie ulega schłodzeniu i może ponownie odbierać ciepło z napływającego powietrza. Opisany tutaj system jest już gotowy i funkcjonalny.

Vega

Kolejnym bardzo ważnym przedsięwzięciem Europejczyków jest rakieta Vega. Powstała przy współpracy ESA, Włoskiej Agencji Kosmicznej i Avio - włoskiego przedsiębiorstwa kosmiczno-obronnego. Przeprowadzone w styczniu bieżącego roku testy potwierdziły gotowość rakiety do startu, który odbył się z południowoamerykańskiego kosmodromu 12 lutego. Na pokładzie statku znalazła się aparatura geodezyjna i nanosatelity. W zależności od orbity docelowej, Vega jest w stanie wynieść od 300 do 2500 kg ładunku. Dla orbity polarnej udźwig wynosi 1500 kg.

Agencje państwowe są uzależnione od pieniędzy rządowych. W dobie kryzysu jest z nimi coraz gorzej. Powoduje to znaczne opóźnienia w realizacji bieżących projektów lub zawieszanie tych bardziej ambitnych i długoterminowych. W znaczenie lepszej sytuacji znajdują się firmy prywatne - często potężne koncerny zbrojeniowe. Jedne rywalizują między sobą o jak najszybsze uruchomienie komercyjnych lotów w przestrzeń kosmiczną, a inne pracują nad nowymi środkami transportu ładunków i astronautów.

Boeing

Kilka tygodni temu pierwszy i udany test kapsuły CST-100 przeprowadził Boeing. W przyszłości posłuży ona do transportowania ludzi na ISS. W projekt zaangażowane jest również amerykańskie przedsiębiorstwo Bigelow Aerospace - zainteresowane wykorzystaniem CST-100 do wynoszenia astronautów na własne staje kosmiczne. Całość powstaje w oparciu o ogłoszony przez NASA program Commercial Crew Development (CCDev). Statek do złudzenia przypomina Oriona, którego produkcją zajmuje się Lockheed Martin.

Virgin Galactic

Jest najbliżej uruchomienia komercyjnych lotów w kosmos. Koncern sir Richarda Bransona opracował już prototyp modułu wynoszącego - White Knight Two i statku dla pasażerów - Space Ship Two. Pierwszy z nich pomyślnie zakończył 78 testów wynoszenia, a SS2 - 16 manewrów lądowania. Jeszcze na ten rok zaplanowano pierwszy lot połączonych elementów. Wzniosą się one na wysokość 110 km z prędkością 3,5 Ma (około 4000 km/h).

XCOR Aerospace

Firma obiecuje, że XCOR Lynx oderwie się od ziemi jeszcze w tym roku. Dysponuje własnym napędem, co oznacza, że składa się z jednego elementu, a nie z rakiety wynoszącej i kapsuły dla załogi. XCOR zapowiedział, że podczas pierwszego lotu na pokładzie znajdzie się kilku naukowców i odrobina sprzętu.

Blue Origin

Blue Origin pracuje nad maszyną dwumodułową. Rozdzielą się one w odpowiednim momencie lotu, a w przestrzeń powędruje tylko kapsuła z załogą. Pasażerowie w stanie nieważkości spędzą od 3 do 5 minut, po czym poszybują z powrotem na Ziemię. Zanim to nastąpi pojazd musi przejść wiele testów. Eksperymentalny egzemplarz niestety uległ zniszczeniu.

Masten Space Science Systems

Kalifornijska firma chce skupić się na wynoszeniu w przestrzeń ładunków. Kilka tygodni temu jej rakieta Xombie przeszła pierwszy pomyślny test. Obejmował on wzniesienie na niewielką wysokość (kilkanaście metrów), krótki lot i lądowanie. Silniki spisały się znakomicie, a dalsze próby zakładają zwiększanie pojemności zbiornika z paliwem i wysokości lotu - jeszcze w tym roku do około 5-6 km.

Chcąc osiągnąć wysokość rzędu 100-120 km Masten będzie potrzebował znacznie potężniejszej rakiety. Projekt jest już w trakcie realizacji, a jego nazwa brzmi Xaero20. Co ciekawe, Amerykanie pracują również nad pokazowym pojazdem księżycowym Xeus. Prawdopodobnie nigdy nie wyląduje na powierzchni naszego satelity, ale pomoże przetestować wiele cennych technologii.

Armadillo Aerospace

Armadillo już wkrótce ukończy prace nad rakietą Stig B. W maju powinna odbyć swój pierwszy testowy lot. Jej zadaniem będzie wynoszenie w przestrzeń zarówno ludzi, jak i ładunków. Firma pracuje obecnie nad kilkoma różnymi projektami rakiet i ciągle szuka najlepszego rozwiązania.

Dalekosiężne plany teksaskiego producenta zakładają współpracę ze Space Adventures w celu opracowania załogowego statku o nazwie Hyperion. Na pokład maszyny pionowego startu i lądowania wejdzie dwóch pasażerów - nie pilotów. Statek przez cały czas będzie pozostawał pod zdalną kontrolą naziemną.

SpaceX zabierze turystów na Marsa

Komercyjne loty na orbitę okołoziemską staną się faktem już za kilka lat. Płacąc ok. 200 tys. dol., szczęśliwcy zobaczą Ziemię w całej okazałości i poczują na własnych organizmach brak przyciągania. Elon Musk, założyciel SpaceX, zdradza co znajdzie się w naszym zasięgu nie za 5, a za 15-20 lat.

Dlaczego podróże kosmiczne są tak niebotycznie drogie? Otóż za każdym razem należy stworzyć nowy pojazd, ponieważ poprzedni będzie miał na koncie twarde lądowanie w wodach któregoś z oceanów. Musk twierdzi, że sekret tanich podróży kosmicznych tkwi w pojazdach budowanych na wzór samolotów pasażerskich. Daną jednostkę wystarczy dotankować, sprawdzić jej stan techniczny i z powrotem posłać w przestrzeń, czyli w naszym przypadku - prosto na Marsa.

Pasażerowie zapłacą przede wszystkim za paliwo. Koszt wycieczki na Czerwoną Planetę wyniósłby wg wstępnych szacunków ok. 500 tys. dol. Kwota jest wystarczająco niska, żeby na marsjańskie wakacje mogło sobie pozwolić naprawdę wiele osób. Tym bardziej, że do pierwszych lotów jest jeszcze sporo czasu - według Muska ok. 15 lat.

Załogowe wyprawy w przestrzeń kosmiczną mają wielu przeciwników. Ich zdaniem tego typu przedsięwzięcia są zbyt kosztowne i wiążą się z ogromnym ryzykiem. O wiele tańsze i bezpieczniejsze jest wysyłanie robotów, czyli statków de facto bezzałogowych. W końcu nie trzeba ich szkolić, troszczyć się o stan zdrowia i opracowywać specjalnych diet, i metod przyrządzania posiłków - co wbrew pozorom stanowi niemałe wyzwanie.

Zwolennicy załogowej eksploracji są innego zdania. I na razie nic nie wskazuje na to, żeby szkolenia astronautów i przygotowania do lotu na Marsa miały zostać wstrzymane. Jedno jest pewne - na poważne załogowe misje będziemy musieli poczekać. Najbliższa realizacji wydaje się misja kapsuły Orion, którą wstępnie zaplanowano na 2021 rok. Znaczenie wcześniej w kosmos polecą turyści.