Rywalizacja pomiędzy państwami w kosmosie może trywialnie kojarzyć się będzie z obrazami znanymi z wielkich hollywoodzkich blockbusterów typu Gwiezdne Wojny czy Star Trek. Na szczęście maszyny kroczące typu AT-AT należące do Stanów Zjednoczonych nie będą desantowane na siódmy księżyc Jowisza, aby zlikwidować tam chińskie centrum dowodzenia międzygwiezdnym imperium. Wręcz przeciwnie – można powiedzieć, że obecny wyścig kosmiczny jest obecnie przyziemny, a miarą sukcesu jest sama zdolność do opuszczania planety. Najwięksi krezusi rywalizują między sobą zarówno w kategoriach „samczych” – kto zbuduje większą rakietę o wyższym czynniku rule of cool – ale również w tym, w jakim stylu i jakiego rodzaju ładunki są w stanie wynieść na orbitę. Przekonajmy się, kto gra pierwsze skrzypce w kosmiczno-ziemskiej lidze nie-dla-ubogich.
Waszyngton to lider, ale…
Nie ulega wątpliwości, że technologiczny wyścig ma póki co jednego lidera w żółtej koszulce, czyli USA, z tym zastrzeżeniem, że młodzi i ambitni już wyrywają się z peletonu by spróbować dogonić prowadzącego. Projektów realizowanych przez NASA (i współpracujących z nią agencji) jest co niemiara i niemal niemożliwym byłoby opisanie nawet części z nich. Warto jednak przyjrzeć się najbardziej medialnym koncepcjom realizowanym zarówno przez amerykańską agencję kosmiczną, jak i „prywaciarzy”, przy czym w swoich rozważaniach skupię się na nośnikach rakietowych.
Trudno nie zacząć od Elona Muska i jego SpaceX, która realizuje najambitniejszy program kosmiczny w USA, oparty na założeniu budowy nośnika rakietowego, mogącego wywozić potężny ładunek na orbitę Ziemi. Miałby stać się także lądownikiem księżycowym, a docelowo – niczym statek Mayflower – pierwszym pojazdem międzyplanetarnym zabierającym ludzi na Marsa.
Starship, bo tak się nazywa, składa się z dwóch stopni. Pierwszy to potężny booster Super Heavy, wyposażony w 33 nowoczesne silniki Raptor, a jego zadaniem jest wyniesienie drugiego stopnia (samego Starshipa) poza pole grawitacyjne i atmosferę Ziemi. Razem mierzą 120 metrów i są dłuższe niż legendarna rakieta Saturn V, którą pamiętamy z misji Apollo, czyli serii lądowań astronautów amerykańskich na Księżycu od lat 60-tych poprzedniego wieku. Rakieta docelowo ma mieć możliwość pełnego, ponownego wykorzystania obu stopni, które po dostarczeniu ładunku czy też załogi w miejsce docelowe, mają bezpiecznie wrócić. SpaceX nie jest nowicjuszem w kategorii ponownego użycia rakiet, jego flagowy projekt, rakieta Falcon 9, posiada takie rozwiązanie, co powoduje obniżenie kosztów wywożenia ładunków na orbitę. Jest także bardziej ekologiczne.
Obecnie Starship ciągle przechodzi testy, w ramach których np. w kwietniu 2023 roku mogliśmy zobaczyć jak monstrualna rakieta debiutuje w przestworzach osiągając Max Q – punkt maksymalnego ciśnienia dynamicznego, na wysokości ok. 11 km nad ziemią. W wyniku problemów z odłączeniem drugiego stopnia, nośnik zatańczył kółeczko w przestworzach i został zdetonowany systemem FTS, który jest w stanie zniszczyć komponenty rakiety nośnej, gdy zajdzie taka potrzeba (np. ryzyko jej katastrofy). W drugim swoim locie, w listopadzie, rakieta osiągnęła przestrzeń kosmiczną, doszło do separacji obu stopni nośnych, jednak w wyniku awarii ponownie konieczne było zastosowanie autodestrukcji.
Póki co plany podboju Marsa są odległym marzeniem, niemniej nie projektuje się obecnie rakiety większej i mającej większe szanse na dotarcie na Czerwoną Planetę z ludźmi na pokładzie niż ta Elona Muska. Pojawiają się inne problemy, które być może uniemożliwią na długi czas loty w odległą podróż międzyplanetarną – na ten moment nie ma odpowiednich skafandrów dla załóg, które mogłyby pozwolić na tak długie przebywanie w przestrzeni kosmicznej. Obecne badania pokazują, że wpływ promieniowania słonecznego może być zabójczy dla ludzi uczestniczących w takiej eskapadzie. Są nawet teorie, że człowiekowi na dłuższą metę osłonę przed zagrożeniami płynącymi z kosmosu może zapewnić jedynie ziemska atmosfera.
Lecimy na Księżyc
W grudniu 1972 roku ostatni raz człowiek stanął na powierzchni Księżyca. Misja Apollo była wielkim, ale także kosztownym sukcesem, który był elementem szerszej rywalizacji pomiędzy Waszyngtonem a Moskwą. W tamtych czasach nie było możliwe zbudowanie trwałego połączenia pomiędzy ziemią i jej naturalnym satelitą. Obecnie w planach wielu agencji jest utworzenie bazy na Księżycu, NASA również planuje stworzyć tam miejsce stałego pobytu astronautów w ramach odległej misji Artemis VIII, która miałaby się odbyć w 2032 roku. Warto jednak zejść na ziemię, gdyż program notuje już spore opóźnienia, a co gorsza pojawiają się wątpliwości co do finansowego aspektu projektu i wynikające z nich sugestie o możliwości jego zerwania.
W listopadzie 2022 roku rakieta Space Launch System (SLS) wyniosła w stronę Księżyca bezzałogową kapsułę Orion. Był to pierwszy raz, kiedy mogliśmy zobaczyć ów potężny nośnik w akcji. Test udał się niemalże perfekcyjnie, jednak lot na księżyc, który planowany jest obecnie na 2026 rok, wydaje się być nierealny, choćby ze względu na brak lądownika, który ma stanowić, nomen omen, Starship w odpowiedniej wersji.
Warto się zatrzymać na chwilę przy historii misji Artemis, gdyż jest to program, który swymi korzeniami sięga początku XXI wieku. Wiele komponentów wykorzystanych do budowy SLS-a (np. silniki RS-25), mogliśmy oglądać w wahadłowcach, które już od 2011 roku nie są w użyciu. Kapsuła Orion pamięta jeszcze czasy anulowanego przez Baracka Obamę programu Constellation, który okazał się być nierealny czasowo i finansowo. Koszt wprowadzenia SLS-a do użycia wraz z boosterem ma wynieść co najmniej 13,1 mld dolarów, a na cały program Artemis od 2012 do 2025 roku, Amerykanie przewidują wydać, bagatela, 93 mld dolarów. Problemem Artemis i SLS-a jest podejście NASA, która nauczona doświadczeniem z czasów poprzedniego wieku, pracuje nad rakietą do perfekcji nie testując rozwiązań w praktyce. Kontrastuje to z podejściem SpaceX, który produkuje coraz to nowsze prototypy, testuje je w kosmodromie korporacji w Boca Chica w Teksasie, a następnie – jeżeli tylko urząd lotnictwa wydaje zezwolenie – dokonuje próbnych lotów rakiety. Wydaje się, że takie podejście znacznie przyspiesza rozwój technologii kosmicznej, a program Artemis ciągnie się niczym brazylijski serial.
Konkurent Falcona 9
Gdy awaryjne wahadłowce wychodziły ze służby, za transport amerykańskiego towaru oraz załóg na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) odpowiadały niemalże wyłącznie… rosyjskie Sojuzy. Waszyngton rozpaczliwie potrzebował nośnika, który będzie mógł odpowiadać za transport na orbitę okołoziemską. Sytuację uratował wjeżdżając na biało-czarnym wierzchowcu, a konkretnie na Falcon 9, Elon Musk. Jego rakieta, którą charakteryzuje pełny odzysk obu stopni, lądujących na specjalnych barkach żeglugowych w Zatoce Meksykańskiej, pobił wszelkie rekordy w ilości kursów kosmicznych. Od czerwca 2010 r. rakiety z rodziny Falcon 9 zostały wystrzelone 303 razy, z czego 300 misji zakończyło się pełnym sukcesem, dwiema porażkami i jednym częściowym sukcesem.
Rząd Stanów Zjednoczonych uznał, że to jednak za mało. Rozumowanie to wyglądało następująco: “Dobrze, że jest Falcon 9 i on będzie naszym podstawowym nośnikiem, ale potrzebujemy dodatkowego projektu, który w sytuacji, gdy np. start rakiet od SpaceX zostanie wstrzymany w związku z jakąś katastrofą, będzie miał możliwość zaopatrywanie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz wynoszenia różnych (między innymi militarnych) ładunków na orbitę”.
W styczniu roku bieżącego udany debiut zaliczyła nowa rakieta, o podobnych możliwościach transportowych co Falcon 9, czyli Vulcan Centaur – dwustopniowa rakieta, dzieło inżynierów z amerykańskiej spółki United Launch Alliance. Nośnik charakteryzuje się tym, że w odróżnieniu od SpaceX, nie będzie on odzyskiwał całych części rakiety: jedynie można będzie je wyłowić z morza i naprawić same silniki. Oczywiście powoduje to, że koszt takiego startu będzie znacznie wyższy niż w przypadku Falcona 9.
Dlaczego w takim razie NASA zdecydowała się brnąć w kosztowniejszy projekt nowej rakiety? Jest to klasyczna dywersyfikacja ryzyka – w “kosmicznym” świecie często nie koszt jest decydującym parametrem, ale pozyskane zdolności. W tym wypadku jest to możliwość zastępowania jednej rakiety drugą, co wpływa na bezpieczeństwo Stanów Zjednoczonych. Ponadto rakieta Vulcan ma mieć możliwość dostosowania się do wynoszenia na orbitę specjalistycznego ładunku, co może być szczególnie interesujące dla Wojskowych w USA.
Europa daleko w tyle za Ameryką
Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), która stale jest obecna na ISS oraz realizuje szereg projektów związanych z eksploracją przestrzeni międzyplanetarnej, ma poważny problem z opanowaniem technologii rakietowej pozwalającej na niezależność w kwestii transportu kosmicznego. Obecnie transport mniejszych ładunków (do 1,5 t) na orbitę okołoziemską zapewnia rakieta Vega C, która startuje z Gujańskiego Centrum Kosmicznego. Jest to nośnik o ograniczonych możliwościach ładunkowych, a co za tym idzie nadaje się do wynoszenia niewielkich satelit i nie może konkurować z rakietami typu Vulcan czy Falcon 9.
Europa dysponowała świetną rakietą, która mogła wynosić ładunki o większym udźwigu na orbitę geostacjonarną i do wysyłania ładunków na niską orbitę okołoziemską. Zaprojektowana przez ESA i francuski Państwowy Ośrodek Badań Kosmicznych rakieta Ariane 5 zakończyła swoją karierę kosmiczną w lipcu 2023 roku, a jej następczyni Ariane 6 nie jest jeszcze gotowa. Już przeszło 10 lat trwają pracę nad tą „nową” rakietą, która niestety nawet jeżeli wejdzie do służby w 2024 (a nie jest to pewne), to będzie konstrukcją już przestarzałą względem chociażby jej amerykańskich odpowiedników. Europejska rakieta nie posiada systemu odzyskiwania stopni, a co za tym idzie każdy jej komponent do każdego startu będzie trzeba wyprodukować od zera. To powoduje oczywiście wzrost kosztów całego projektu i obciążenie budżetu ESA, który i tak jest daleki od pieniędzy jakimi dysponuje NASA.
Trzeba jednak zauważyć, że w Europie działa wiele rakiet mniejszego kalibru, a i Polska może się poszczycić pewnymi sukcesami na tym polu. Polska firma SpaceForest przeprowadziła w 2023 roku dwa testy poligonowe polskiej rakiety Perun w Ustce, które zakończyły się częściowym sukcesem. Gromowładca ze starych, słowiańskich wierzeń zdołał osiągnąć za pierwszym razem 22 km wysokości, po czym w związku z nieznacznym odchyleniem w locie, zdecydowano przetestować procedurę przerwania misji, która zadziałała bez zarzutu. Za drugim razem Perun osiągnął 12 km, na których w związku z awarią silnika lot został przerwany. Polska rakieta suborbitalna ma 11,5 metra wysokości i waży niespełna tonę, ma być także systemem w pełni wielokrotnego użytku, który będzie w stanie unieść do 50 kg ładunku handlowego na wysokość do 150 km. W 2024 roku przewidywane są dalsze testy rakiety.
Azjatyckie tygrysy w kosmosie
Chińska Republika Ludowa jest obecnie największym konkurentem dla Stanów Zjednoczonych jeżeli chodzi o działalność stricte kosmiczną. Przypomnijmy, że 16 czerwca 2021 roku, Pekinowi udało się dostarczyć pierwszą załogę do stacji kosmicznej Tiangong, która stała się alternatywą do prowadzenia badań na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) dla ISS. Obecnie na stałe przebywa tam trzech taikonautów, którzy zapewniają obsługę stacji i są do niej dostarczani na pokładzie załogowego statku kosmicznego Shenzhou, wynoszonego rakietą nośną Chang Zheng (ch. Długi Marsz). Zarówno rakieta, jak i pojazd kosmiczny są ewolucją radzieckiej technologii znanej z programu Sojuz i są do niej łudząco podobne.
Chińczycy zdecydowanie wyrywają się z peletonu konkurentów goniących Amerykanów i dysponują najbardziej zaawansowaną technologią kosmiczną po Waszyngtonie. W najbliższych latach to właśnie Państwo Środka chce postawić wyzwanie dla NASA w wyścigu o palmę pierwszeństwa (po 1969 roku) w lądowaniu załogowym na Księżycu. Chińczycy testowali już w 2020 roku pojazd kosmiczny nowej generacji służący dostarczeniu ewentualnej załogi na orbitę srebrnego globu, który będzie wynoszony rakietą Długi Marsz 5 w przestrzeń kosmiczną, a do tego w pełni wielokrotnego użytku. Nie mając na ten moment nośnika wielkości Starshipa czy też SLS-a, Chińska Narodowa Agencja Kosmiczna (CNSA) będzie próbowała przeprowadzić lądowanie na księżycu wykorzystując dwie rakiety Długi Marsz 5; jedna ma za zadanie dostarczyć lądownik na orbitę lunarną, a druga dostarczyć tam załogę, która ma przy jego pomocy zakotwiczyć na powierzchni Księżyca.
Patrząc na opóźnienia programu Artemis i ciągle nierozwinięty do działań operacyjnych projekt Starshipa, może się okazać, że Chińczycy mogą przejąć żółtą koszulkę lidera księżycowego wyścigu.
Dodatkowo, w sierpniu 2023 roku, Indie dokonały spektakularnego osiągnięcia: rodzimej produkcji lądownik misji Chandrayaan 3 – Vikram – wylądował na powierzchni Księżyca. Misja Indyjskiej Organizacji Badań Kosmicznych kosztowała 74,6 mln dolarów, czyli była tańsza o ¼ od spektakularnej filmowej klapy filmu o Napoleonie. Indie utrzymują niskie koszty swoich misji dzięki kopiowaniu i dostosowaniu istniejących technologii kosmicznych oraz dzięki wysoko wykwalifikowanym inżynierom pracującym w atmosferze narodowego zrywu i towarzyszącej mu eksplozji potencjału. W tym roku New Delhi planuje przeprowadzić pierwszą testową misję kapsuły kosmicznej Gaganyaan, a już po paru miesiącach ma dojść do pierwszego załogowego lotu z wykorzystaniem tejże na rakiecie (również krajowej produkcji) GSLV Mark 3. W przyszłości Indie także mają zamiar otworzyć własną, narodową, załogową stację kosmiczną.
Innym państwem szybko rozwijającym swoje zdolności w kwestiach kosmicznych jest zdecydowanie Japonia, która może się poszczycić mianem piątego kraju, który dokonał lądowania sondą na powierzchni księżyca. Lądownik Smart Lander for Investigating Moon (SLIM) japońskiej agencji kosmicznej JAXA, nazywany „księżycowym snajperem”, bezpiecznie zadokował na srebrzystym globie 19 stycznia bieżącego roku. Misje przeprowadzono przy użyciu rakiety H-IIA z rodziny rakiet H-II, uważanych za jedne z najmniej awaryjnych nośników na świecie.
Rakietowy wyścig o księżyc i czerwoną planetę
Jeżeli popatrzymy na dominatorów kosmicznej rywalizacji, czyli Stany Zjednoczone i Chiny, to zauważymy, że najbardziej zaawansowane technicznie pomysły powstają nad Potomakiem, jednak rozwój tych technologii wymaga jeszcze poświęcenia wielu miliardów dolarów oraz bezcennego czasu. Czy ten tykający zegar zagra na korzyść Państwa Środka, które wykorzystując mniej zaawansowane technicznie, ale za to już sprawdzone w przestrzeni międzygwiezdnej nośniki oraz pojazdy, może wygrać drugi w historii wyścig o lądowanie człowieka na Księżycu? Problem z oceną potencjału chińskiego wynika z bardzo nikłej wiedzy na temat ich tajnych prac nad projektami kosmicznymi. Pekin niemal zawsze dotrzymuje terminów, które podaje jeżeli chodzi o swoje plany związane z kosmosem. Nie zmienia to jednak faktu, że tak zaawansowanych nośników jak chociażby amerykański SLS, czy tym bardziej Starship, obecnie w Chinach nie ma i szybko nie będzie. To może oznaczać, że gdy faktycznie rozpocznie się nowa era podboju kosmosu za kilkanaście (lub, co bardziej realne, za kilkadziesiąt) lat, to już nie Księżyc, ale Mars będzie głównym celem dla ludzkości, Stany Zjednoczone będą bezkonkurencyjne.
