Spotkanie z przyszłością w NASA

Kosmiczna rywalizacja wymaga olbrzymich nakładów finansowych. Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej zatrudnia ponad 17 tysięcy osób i podlega prezydentowi Stanów Zjednoczonych. Oprócz programu lotów kosmicznych agencja jest również odpowiedzialna za długofalowy (zarówno cywilny, jak i wojskowy) program badań przestrzeni kosmicznej.

NASA wydała na dotarcie na księżyc w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku około 283 miliardów dolarów (uwzględniając inflację), w tym okresie zatrudniała ponad ćwierć miliona pracowników. Obecnie to globalne centrum innowacji i technologii zmierza w kierunku Marsa, celem jest wylądowanie tam misji załogowej w 2030 roku, przy estymowanych kosztach ok. 500 miliardów dolarów.

Jedynie sześć rządowych agencji kosmicznych: Chińska Narodowa Administracja Kosmiczna (CNSA), Europejska Agencja Kosmiczna (ESA),  Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO), Japońska Agencja Badań Kosmicznych (JAXA),  Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA), oraz Rosyjska Federalna Agencja Kosmiczna (RFSA lub Roscosmos) - mają pełne zdolności do wystrzelenia obejmujące możliwość wystrzeliwania i odtwarzania wielu satelitów, rozmieszczania kriogenicznych silników rakietowych i obsługi sond kosmicznych.

W USA działa 10 ośrodków terenowych NASA, Centrum Lotów Kosmicznych imienia Lyndona B. Johnsona (Johnson Space Center, JSC) – centrum załogowych lotów kosmicznych znajduje się w Clear Lake City na przedmieściu Houston (Teksas). W JSC znajduje się Centrum Kontroli Misji, tj. centrum kontroli agencji NASA – koordynujące i monitorujące wszystkie załogowe loty kosmiczne Stanów Zjednoczonych. Prowadzi się tu też treningi astronautów NASA (np.: załóg Międzynarodowej Stacji Kosmicznej). W JSC znajdują się także pomieszczenia Lunar Receiving Laboratory, gdzie pierwsi astronauci powracający z Księżyca przechodzili kwarantannę i gdzie składowane są próbki gruntu i skał księżycowych.

Globalne centrum najnowszych technologi

Wizyta w JSC to gratka dla wszystkich zainteresowanych najnowocześniejszymi technologiami, wiedzą i kosmosem. Przejażdżka po torze wyścigowym bolidem F1, przy kosmicznych atrakcjach bazy w Houston, wydaje się nudną jazdą starym rowerem. Siedząc za sterami promu kosmicznego, symulatorami lotów, w kapsule, w której wracają na naszą planetę astronauci, dotykając silniki rakietowe (latających z prędkością pond 28.000 km/h, których każda dysza ma kilka metrów średnicy) czy zwiedzając, stację kosmiczną można uzmysłowić sobie wiele nowych aspektów, które miały jedynie wymiar abstrakcyjny. A, to jedynie mała część obszarów pracy fachowców z NASA, które możemy poznać z bliska. To doświadczenie trwale zmienia perspektywę postrzegania astronautyki. Nigdy wcześniej nie byłem, tak blisko „kosmosu” i wyprzedających epokę technologi. Astronauci przed misjami w kosmosie, najpierw tu przechodzą wielomiesięczne cykle treningowe w warunkach, jak najbardziej zbliżonych do tego, czego doświadczają potem w misjach. To niezwykle wyzwanie dla technologii, ale też ludzkiej psychiki i wydolności fizycznej. Kosmiczna elita to eksperci wyselekcjonowani spośród najlepszych, doświadczonych pilotów wojskowych. Obecnie w NASA służy 48 aktywnych astronautów - 16 kobiet i 32 mężczyzn. Zgodnie z tabelą płac rządu USA w 2020 r. cywilny astronauta może zarobić od 66 167 do 161 141 USD rocznie. Optymalny wiek astronautów do misji to 50 lat.

Z kolei Boeing we współpracy z Bigelow Aerospace, prowadzą tam badania do drugiego testu w locie bezzałogowym statku kosmicznego Starliner przed wysłaniem astronautów na Międzynarodową Stację Kosmiczną w ramach ogłoszonego przez NASA programu Commercial Crew Development (CCD-ev). Starliner to załogowy statek kosmiczny, jego podstawowym zadaniem będzie transport załóg do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) oraz do prywatnej stacji orbitalnej projektowanej przez Bigelow Aerospace. W ten sposób agencja chce zaoszczędzić pieniądze dzięki programowi Commercial Crew. Według NASA, wysłanie astronautów na ISS na pokładzie SpaceX Crew Dragon lub Boeing CST-100 Starliner ma kosztować zaledwie 58 milionów dolarów za miejsce. Dotychczas NASA określiła koszt wysłania astronautów na Międzynarodową Stację Kosmiczną na pokładzie rosyjskiej rakiety Sojuz na 81 milionów dolarów za miejsce. Przed wycofaniem programu Space Shuttle NASA stwierdziła, że każda misja wystrzelenia statku kosmicznego kosztuje średnio 450 milionów dolarów.

"Houston, we have a problem”

Houston, mamy problem" ten popularny cytat z komunikacji radiowej między astronautą Apollo 13 Johnem („Jack”) Swigertem a Centrum Kontroli Misji NASA („Houston”) podczas lotu kosmicznego Apollo 13, gdy astronauci informowali o odkryciu eksplozji, która uszkodziła ich statek kosmiczny, zna każdy Amerykanin. 20 lipca 1969 r. oczy całego świata skierowane były na Houston. Neil Armstrong relacjonował z powierzchni Księżyca: „Houston, Orzeł wylądował”.

Kilka godzin później Armstrong zszedł po drabinie Modułu Księżycowego i jako pierwszy człowiek w historii postawił stopę na Księżycu, ogłaszając:

„To jest mały krok dla człowieka, ale wielki skok dla ludzkości”.

Warto też przypomnieć, że Neil Armstrong zabrał, na Księżyc rejestrator NAGRA, który zrewolucjonizowała światową kinematografię i media. Jego twórcą był polski emigrant inż. Stefan Kudelski.

Wyścig do przyszłości

Dziedzictwo zimnej wojny i wczesnego wyścigu kosmicznego to nie tylko globalne napięcia i konflikty: zaowocowały także narodzinami nowoczesnej ery technologicznej. Zimna wojna, która nastąpiła po drugiej wojnie światowej, kiedy Stany Zjednoczone i Związek Radziecki walczyły o globalną dominację, na zawsze zmieniły świat, a technologie z wyścigu kosmicznego nadal wpływają na nasze codzienne życie. Wyścig ten rozpoczął się na dobre w latach pięćdziesiątych XX wieku, gdy oba obozy gorączkowo opracowywały broń jądrową i międzykontynentalne pociski balistyczne (ICBM), aby je przenosić. Wynikający z tego postęp w technologii rakietowej umożliwił wczesną eksplorację kosmosu, prowadząc do pomyślnego okrążenia przez Związek Radziecki pierwszego sztucznego satelity w 1957 roku i umieszczenia pierwszego człowieka na orbicie w 1961 roku. Neil Alden Armstrong – amerykański astronauta, dowódca misji Apollo 11 w 1969 roku jako pierwszy człowiek stanął na Księżycu.

Dziś Ziemia jest otoczona rozległą siecią satelitów, które zapewniają ciągłą łączność szerokopasmową i telewizję wysokiej rozdzielczości, dane wykorzystywane do raportowania pogody, nawigacji, pozycjonowania itp.

Utrzymujemy również stałą obecność ludzi w przestrzeni kosmicznej na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Właścicielami tej stacji są Stany Zjednoczone, Rosja, partner europejski, Japonia i Kanada. Państwa europejskie są traktowane jako jedna jednorodna całość, zwana europejskim partnerem na stacji kosmicznej. Dotychczas 240 osób odbyło 395 lotów kosmicznych na ISS, w tym pięć osób obecnie przebywających (Ekspedycja 63). Zdaniem ekspertów pięćdziesiątka to optymalny wiek dla astronautów do udziału w misjach; muszą być to bowiem osoby zarówno z dużym doświadczeniem, jak i cechujące się dobrą kondycją psychofizyczną. Misje ISS, zwane ekspedycjami, trwają zwykle około sześciu miesięcy. Profesjonalne załogi astronautów pochodzą z USA, Rosji, Japonii, Kanady i Europy. Całkowity czas lotu od startu do dokowania do ISS wynosi trzy godziny i 19 minut. Stacja znajduje się na wysokości orbity około 400 km nad powierzchnią Ziemi. Prędkość, z jaką porusza się stacja po orbicie, wynosi około 28 800 km/h. Obiekt rozciąga się na około 50 metrów, jeśli zmierzymy rozmiary modułów, z których się składa, natomiast cała struktura liczy sobie ponad 100 metrów, a panele baterii słonecznych dodatkowo rozciągają się na około 70 metrów. Jej całkowite wymiary porównać mniej więcej do boiska piłkarskiego.

Od 1981 do 2011 r. w ramach programu STS (Space Transportation System) Amerykanie do wynoszenia na orbitę obiektów i wysyłania astronautów wykorzystywali wahadłowce kosmiczne. Eksperci zwracają uwagę, że koszt ich obsługi był jednak olbrzymi; nie były też uznawane za zbyt bezpieczne — dwa z nich (Challenger w 1986 r. i Columbia w 2003 r.) eksplodowały wraz z załogą. Wymiana członków załogi stacji realizowana była w tym czasie wyłącznie za pomocą rosyjskich statków Sojuz z Bajkonuru w Kazachstanie. Program załogowych lotów realizowanych z wykorzystaniem wahadłowców zakończono w 2011 roku i od tego czasu NASA została pozbawiona własnych środków transportu astronautów i zaopatrzenia na ISS. Na wrzesień b.r. planowane jest pierwsza z sześciu zakontraktowanych misji w ramach programu ISS Crew Transportation Services, będzie to pierwszy lot załogowy na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) z terenu USA od prawie 10 lat. Wykonana przez firmę znanego miliardera Elona Muska SpaceXna zlecenie NASA, napędzana mieszaniną ciekłego tlenu i nafty rakieta Falcon 9, po raz pierwszy w kosmos wzniesie astronautów pojazd wyprodukowany przez prywatną firmę. Elon Musk to prezes, założyciel, wynalazca takich firm jak: SpaceX, Tesla, SolarCity, Starlink, The Boring Company, Hyperloop, OpenAI czy Future of Life Institute. Wyceniany na blisko 94 miliardy dolarów Musk, zainwestował już ponad miliard dolarów w rakiety wielokrotnego użytku.

Jak kosmiczne technologie zmieniły nasz świat?

Nasze ubrania czy wnętrza pojazdów są wykonane z ognioodpornych tkanin dzięki programowi Apollo. Prognozy pogody z wykorzystaniem monitoringu satelitarnego, wiele odkryć medycznych czy bardziej pożywnej żywności dla niemowląt…niemal każdy obszar technologii odniósł korzyści z badań kosmicznych. Nowoczesne laptopy są bezpośrednimi potomkami przenośnego komputera pokładowego Shuttle (SPOC), który został opracowany na początku lat 80. XX wieku dla programu promów kosmicznych. Protezy uległy znacznej poprawie dzięki zastosowaniu zaawansowanych materiałów amortyzujących wstrząsy i robotyki.

Od ponad pół wieku program transferu technologii NASA zapewnia prywatnemu przemysłowi połączenie z jego ogromnymi zasobami w celu wspierania rozwoju komercyjnego i ulepszania produktów. Do tej pory NASA twierdzi, że około 2000 komercyjnych produktów typu „spin off” zostało z powodzeniem opracowanych w wielu dziedzinach. Oto kilka innych przykładów technologii „spin-off ”, wynikających z badań i rozwoju kosmosu, których obecnie używamy w życiu codziennym:

Twórcy GPS prawdopodobnie nie przewidzieli, jak ta technologia zmieni niemal każdą branżę, a także życie codzienne w skali globalnej. Global Positioning System (GPS) został pierwotnie opracowany przez wojsko do precyzyjnej nawigacji i kierowania celów broni. Korzystanie z map i atlasów turystycznych oraz choćby zatrzymywanie się, aby zapytać o drogę, są obecnie w dużej mierze anachronizmem.

GPS umożliwił usługi wywoływania przejazdów, a także śledzenie i dostawę paczek. Poprawiła naszą kondycję, śledząc nasze treningi. Poprawiło nasze bezpieczeństwo, szybko udostępniając naszą lokalizację w sytuacjach awaryjnych. GPS będzie dostępny w przyszłości, aby ułatwić powstające technologie, takie jak samojezdne samochody i dostawy przesyłek za pomocą dronów.

Termometry douszne na podczerwień — opracowane przez NASA — mierzą ilość energii emitowanej przez błonę bębenkową w taki sam sposób, jak mierzy się temperaturę gwiazd i planet, wykorzystując technologię astronomiczną w podczerwieni.

Misje eksploracji kosmosu zależą od technologii cyfrowego przetwarzania obrazu opracowanej przez Laboratorium Napędów Odrzutowych. JPL dostosował tę technologię, aby pomóc w tworzeniu nowoczesnych skanerów CAT i radiografii. Produkty konsumenckie, takie jak bezprzewodowe zestawy słuchawkowe, oświetlenie LED, przenośne bezprzewodowe odkurzacze, liofilizowana żywność, pianka z pamięcią, odporne na zarysowania soczewki okularowe i wiele innych znanych produktów, wszystkie skorzystały z badań i rozwoju technologii kosmicznej.

Technologia z wyścigu kosmicznego została również zastosowana, aby bezpośrednio poprawić bezpieczeństwo publiczne i zmniejszyć ryzyko wypadków i obrażeń. W zimowe dni systemy przeciwoblodzeniowe pozwalają samolotom bezpiecznie latać.
Rowkowanie, które początkowo było używane do ograniczania wypadków lotniczych na mokrych pasach startowych, jest obecnie stosowane również na naszych drogach, aby zapobiegać wypadkom samochodowym.

Detektory dymu i tlenku węgla zostały po raz pierwszy opracowane dla programu NASA Skylab w latach 70. Nowoczesny sprzęt przeciwpożarowy szeroko stosowany w Stanach Zjednoczonych oparty jest na lekkich ognioodpornych materiałach opracowanych przez NASA.

Jedna z najważniejszych technologii „spin-off” dotyczy bezpieczeństwa żywności. NASA stanęła przed problemem karmienia astronautów w zamkniętych środowiskach w warunkach nieważkości. Badania wpłynęły na sposób przechowywania dziś ogólnie dostępnych produktów spożywczych.

Człowiek na Marsie — nasza przyszłość to kosmos

Odległość od Ziemi do Marsa wynosi 57,6 milionów kilometrów, przy obecnej technologii rakietowej podróż na Marsa zajęłaby około 21 miesięcy: 9 miesięcy, aby się tam dostać, 3 miesiące tam i 9 miesięcy, aby wrócić. Długi czas trwania podróży ma kilka konsekwencji.

Największym czynnikiem ograniczającym wysyłanie ludzi na Marsa jest finansowanie. Szacunkowy koszt to około 500 miliardów dolarów amerykańskich, chociaż rzeczywiste koszty prawdopodobnie będą większe. Począwszy od późnych lat pięćdziesiątych, wczesna faza eksploracji kosmosu była prowadzona zarówno w celach politycznych, jak i w celu obserwacji Układu Słonecznego.

Krytycy argumentują, że ogromne koszty przeważają nad natychmiastowymi korzyściami z ustanowienia obecności człowieka na Marsie, a fundusze można by lepiej skierować na inne programy, takie jak eksploracja robotów. Zwolennicy eksploracji kosmosu przez człowieka twierdzą, że symbolika obecności w kosmosie może wzbudzić zainteresowanie opinii publicznej przyłączeniem się do projektu i zapoczątkować globalną współpracę. Istnieją również opinie, że długoterminowe inwestycje w podróże kosmiczne są niezbędne do przetrwania ludzkości.

Warto wspomnieć, że w badaniach Marsa istotny udział mają Polacy. Pierwsze instrumenty badające Czerwoną Planetę były produkowane jeszcze w czasach ścisłej kooperacji ze Związkiem Radzieckim. W ten sposób polscy uczeni i inżynierowie wzięli udział w misjach Fobos1 i Fobos2, wystrzelonych w 1988 roku. Na ich pokładzie znalazły się analizatory plazmowe niskiej częstotliwości wykonane w Instytucie Lotnictwa, z udziałem specjalistów z Centrum Badań Kosmicznych PAN. W 1996 roku rosyjska już misja Mars96 zabrała ze sobą trzy instrumenty, których podsystemy zaprojektowali nasi rodacy. Podobny instrument znalazł się również na pokładzie europejskiej misji Mars Express (2003). W 2001 roku Rosyjska misja Fobos-Grunt została wyposażona w penetrator geologiczny Chomik produkcji CBK PAN. Przeznaczony był on do zbierania próbek z powierzchni i badań geologicznych w warunkach mikrograwitacji. Na potrzeby misji ExoMars (2016/2020) w CBK PAN zaprojektowano i zbudowano zasilacz do kamery CaSSIS, który firma Creotech Instruments S.A. zintegrowała z pozostałymi elementami systemu kamery. Na pokładzie lądownika Schiaparelli zainstalowane zostały detektory podczerwieni wykonane przez firmę Vigo System S.A. Detektory z Ożarowa znajdują się na pokładzie marsjańskiego łazika Curiosity (2011). Firma Astronika sp. z o.o. odpowiedzialna jest za jeden z trzech głównych instrumentów, które zabrała ze sobą amerykańska sonda InSight (2018).

Bilet za 60 milionów dolarów…

Podróże kosmiczne są dziś domeną branży prywatnej, kilka firm z sukcesami pracuje w tym obszarze. Cena biletu zależy od tego, dokąd się wybieramy. NASA potwierdziła, że turyści ponownie będą mogli odwiedzać stację za 35 000 dolarów za noc, oprócz wszelkich opłat SpaceX lub Boeinga za ich przewiezienie, które prawdopodobnie wyniosą około 60 milionów dolarów.

W 2001 roku nowojorski biznesmen Dennis Tito zapłacił rzekomo 20 milionów dolarów za wystrzelenie rosyjskiej rakiety z dwoma kosmonautami i spędzenie około ośmiu dni na orbicie Ziemi, na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Sześciu innych turystów zapłaciło Rosji za przywiezienie ich na ISS, zanim program został odwołany w 2010 r. Z powodu zwiększonej liczby personelu na stacji.

Dla niedoszłych turystów kosmicznych z ograniczonym budżetem Virgin Galactic z sukcesem zaoferowało pierwszą rundę biletów na skraj kosmosu, niestety kolejne problemy techniczne ciągle wstrzymują ten projekt. Inwestorzy uwierzą w kosmiczny wycieczkowy biznes, kiedy statek kosmiczny Virgin pomyślnie przeprowadzi pierwszy lot komercyjny i bezpiecznie sprowadzi klientów na Ziemię (co ma nastąpić według zapowiedzi w pierwszym kwartale 2021 roku). W jednym z pierwszych lotów ma uczestniczyć sam Richard Branson, co ma wywołać efekt zaufania do usługi. W kolejce czeka już 600 chętnych, którzy wpłacili zaliczki na bilety kosztujące 250 tysięcy USD.

Japoński miliarder Yusaku Maezawa został już wybrany przez SpaceX jako pierwszy turysta, który poleci na Księżyc. Cena nie została ujawniona publicznie, ale dyrektor generalny Elon Musk powiedział, że za podróż została wpłacona „znaczna kaucja”. Blue Origin Jeffa Bezosa nie ujawnia kwot, na które będzie obciążał turystów kosmicznych, ale firma pozwala wszystkim zainteresowanym zarejestrować się, udostępniając informacje o cenach i szczegółach ich oferty.

Lot w kosmos to też zdecydowanie największa nagroda, jaka do tej pory została ufundowana w programie telewizyjnym (nowy reality show Space Hero). Space Hero Inc, amerykańska firma produkcyjna zapewniła sobie miejsce na misję na Międzynarodową Stację Kosmiczną w 2023 roku. Trafi ono do zwycięzcy reality show. Wybrana grupa zawodników przejdzie intensywne szkolenie i zmierzy się z wyzwaniami sprawdzającymi ich siłę fizyczną, psychiczną i emocjonalną, cechy, które są niezbędne dla astronauty w kosmosie.

Cena za wysłanie ładunku w kosmos może się różnić w zależności od tego, co przywozimy. SpaceX oferuje ładowność do 830 kilogramów, za 4,15 miliona dolarów. W przypadku większych ładunków United Launch Alliance oferuje przewóz do 18.937 kg na pokładzie jednej ze swoich rakiet Atlas V, których ceny zaczynają się od 109 milionów dolarów.

Wkrótce POLSA otworzy Centrum Kosmiczne w Warszawie

POLSA uczestniczy w realizacji strategicznych dla nas celów, wspierając wykorzystanie systemów satelitarnych i rozwój technologii kosmicznych. We wrześniu br. w Warszawie Prezes Polskiej Agencji Kosmicznej (POLSA) Michał Szaniawski oraz Jerzy Brodzikowski, General Manager Cambridge Innovation Centre (CIC) Warsaw podpisali umowę dotyczącą utworzenia Cosmic Hub. Będzie to wspólna przestrzeń w centrum Warszawy, w której innowatorzy będą mogli spotykać się, dzielić wiedzą, brać udział w warsztatach oraz skorzystać z wiedzy i kontaktów przedstawicieli Polskiej Agencji Kosmicznej. W roku 2030 polski sektor kosmiczny będzie w wybranych obszarach w pełni konkurencyjny w wymiarze globalnym i będzie w stanie zapewnić Polsce niezależność w dostępie do danych satelitarnych i w ich zastosowaniu.

Od zarania dziejów ludzkości człowiek dążył do rozwoju i odkrywania nowych przestrzeni. Mikołaj Kopernik „wstrzymał Słońce, ruszył Ziemię” w swoim dziele „O obrotach sfer niebieskich”, które na owe czasy (1543) stanowiło przewrót w nauce i ówczesnym światopoglądzie. Dwie i pół dekady obserwacji dokonanych za pomocą kilku flagowych teleskopów, potwierdziło efekty przewidziane przez ogólną teorię względności Einsteina na ruch gwiazdy przechodzącej przez skrajne pole grawitacyjne w pobliżu super masywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Rozwój ludzkości przedstawiany w fabule rodem z fantastyki naukowej, z biegiem czasu staje się naszą rzeczywistością. Eksploracja kolejnych planet to jedynie kwestia czasu. Centrum NASA w Houston daje nam dziś namiastkę tego, co stanie się codziennością dla przyszłych pokoleń.