Wyścig do gwiazd

Pod koniec lat 70. naukowcy z NASA zapowiadali początek kolonizacji
Kosmosu już na następną dekadę. Jednak nowa era, w której planety z 
Układu Słonecznego mają być naturalnym środowiskiem człowieka, wciąż się
nie zaczęła. Szanse na podbój Kosmosu znacznie wzrosły dopiero niedawno,
kiedy sprawą zajęli się prywatni przedsiębiorcy. Jest ich czterech: Jeff
Bezos, Richard Branson, Paul Allen i Elon Musk. Ich majątki wycenia się
w sumie na niemal 70 mld dolarów. Część tej fortuny chcą przeznaczyć na 
stworzenie floty statków, które zabiorą turystów w Kosmos. Najbliżej
celu jest prawdopodobnie Jeff Bezos, twórca firmy lotnictwa kosmicznego
Blue Origin, lepiej znany jako założyciel Amazona.


WITAJ W DOMU!


Kiedy kilka dni temu powracająca po kilkuminutowym locie w Kosmos
rakieta „New Shepard”, ze stajni Blue Origin, dotknęła pionowo Ziemi,
zamilkł silnik i nie nastąpiła żadna eksplozja. Udało się udowodnić, że 
zbliża się moment, kiedy będzie można odbywać podróże w Kosmos statkiem
wielokrotnego użytku. Wystartować i wrócić na pokładzie tej samej
rakiety – zaledwie kilka miesięcy wcześniej podobnej sztuki próbował
konkurent Jeffa Bezosa, Elon Musk, założyciel SpaceX, a równocześnie
współtwórca firmy PayPal. Niestety, kolejne loty testowe jego rakiety
Falcon 9 skończyły się porażką. Przy okazji ostatniej próby, w czerwcu
br., Falcon 9 eksplodowała już przy starcie, a w styczniu i kwietniu
wprawdzie dotknęła platformy, na której miała wylądować na oceanie, ale 
przewróciła się i wybuchła. Musk zapowiada następną próbę na grudzień.
Jak wygląda lot dwustopniowego statku takiego jak „New Shepard”? Człon z 
silnikiem, który napędza start, oddziela się i spada. Zaś człon,
zawierający m.in. kabinę, leci dalej w Kosmos, a po powrocie bezpiecznie
ląduje na Ziemi. Na filmie z lądowania „New Sheparda” widać było
wyraźnie, jak doskonale poradził sobie z jednym z technicznych wyzwań,
czyli lądowaniem w pozycji pionowej. Jego prędkość stopniowo malała
dzięki użyciu hamującego silnika rakietowego. Jeszcze kilkanaście lat
temu taki powrót na Ziemię był tylko marzeniem. Misje załogowe używają
do lądowania spadochronów, a do niedawna wycofane w 2011 r. wahadłowce
zamieniały się, wracając na Ziemię, w wielkie szybowce. Jeff Bezos
uważa, że zaczyna się nowy złoty wiek w historii statków kosmicznych. We 
wrześniu br. zapowiedział, że w ciągu kilku lat stworzy flotę rakiet
wielokrotnego użytku.


PO STOKROĆ TANIEJ


Bezos przekonuje, że trzeba skończyć z marnotrawstwem i wyrzucaniem
rakiet do kosza po każdym użyciu, a koszty same spadną. – Tajemnica ich
opłacalności polega na tym, że nie trzeba za każdym razem od nowa
wytwarzać kabiny i silnika napędzającego lot w Kosmos, co znacznie
obniża koszty – tłumaczy dr inż. Jan Kindracki z Wydziału Mechanicznego
Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. Statek taki jak „New
Shepard” jest dwustopniowy. Silnik napędzany paliwem stałym,
umożliwiający start, czyli pierwszy człon, jest stosunkowo mało
skomplikowany i dlatego tańszy. – Silnik członu startowego ma prostą
konstrukcję. Właściwie wystarczy sobie wyobrazić dużą komorę wypełnioną
materiałem pędnym i dysze – mówi dr inż. Kindracki. Z kolei napędzany
ciekłym paliwem silnik pojazdu drugiego stopnia, czyli tego, którym
załoga ma lecieć w Kosmos, po odłączeniu pierwszego członu jest już
bardziej wyrafinowany. Ma bardzo drogie wtryskiwacze i kosztowne
chłodzenie komory, w której temperatura przekracza nawet 3 tys. st. C.
Możliwość wielokrotnego wykorzystania takiego silnika mocno obniżyłaby
koszty podróżowania w Kosmos. Dlatego Elon Musk szacuje, że wprowadzenie
rakiet wielokrotnego użytku spowoduje nawet stukrotny spadek kosztów
dotarcia w Kosmos, a za rakietę, zamiast 60 mln, trzeba będzie zapłacić
kilkaset tysięcy dolarów.


KOSMOS UMOWNY


Zarówno Musk, jak i Bezos milczą na temat żywotności swoich statków. Ich
wytrzymałość może być jednak stosunkowo duża, ponieważ nie latają zbyt
wysoko. Dla porównania, silniki SSME używane przed laty w promach
kosmicznych wynoszonych na orbitę, czyli na wysokość 200 km, miały
skumulowaną żywotność przekraczającą siedem godzin. Podczas każdego
startu były wykorzystywane przez osiem-dziewięć minut, mogły więc
obsłużyć kilkadziesiąt startów. „New Shepard”, tak jak inne statki
wielokrotnego użytku testowane przez konkurencję Bezosa, latają w 
bardziej przyjaznych warunkach, bo wznoszą się na wysokość 100 km.
Docierają tylko do umownej granicy Kosmosu, nazwanej linią Kármána. – Są
to więc loty suborbitalne. „New Shepard” w maksymalnym pułapie lotu
znajduje się oczywiście w Kosmosie, ale przez bardzo krótki czas – mówi
Kindracki. Dlatego w drodze powrotnej prędkość, z którą
statek wchodzi w atmosferę i opada w kierunku Ziemi, nie jest specjalnie
duża. Dla porównania, wracająca z dalekiego Kosmosu misja „Apollo” na 
wejściu w atmosferę miała prędkość 11 km na sekundę, co nawet przy mało
gęstej atmosferze powodowało, że na powierzchni statku panowała wysoka
temperatura.


Dlatego materiałom, z których zbudowany jest statek typu „New Shepard”,
nie zagraża zbyt wysoka temperatura, będąca efektem kombinacji prędkości
i gęstości powietrza. Z tych samych względów przewiezienie „New Shepardem”
załogi nie powinno nastręczać specjalnych problemów. Doktor Kindracki
nie widzi nawet potrzeby instalowania na statku specjalnie
wyrafinowanych układów ochrony termicznej. Przewiduje, że podobnie jak w 
„SpaceShipTwo”, pojeździe kosmicznym zbudowanym przez firmę Richarda
Bransona, w „New Shepardzie” znajdzie się miejsce dla dwóch osób. –
Konstruktorom pozostaje tylko maksymalnie zwiększyć prawdopodobieństwo
udanego lotu – podsumowuje Kindracki.