Wokół naszego naturalnego satelity robi się gorąco. Niedawno w jego powierzchnię uderzyły – nieprzypadkowo, lecz zgodnie z naukowym planem – sondy produkcji indyjskiej (MIP), japońskiej (Okina) i chińskiej (Chang’e 1). Podobna misja LCROSS firmowana przez NASA wystartuje lada moment, w kolejce ustawiają się też Rosjanie z projektem Luna-Glob. Nikt nie kryje, że to przymiarki do powrotu ludzi na Księżyc. Amerykanie zamierzają tego dokonać w 2019 r. Później czteroosobowe załogi mają odbywać kilkunastodniowe misje, by w końcu zbudować stałą bazę. Ale NASA depczą już po piętach Chińczycy…
Trudno jest ten księżycowy pęd wybronić na gruncie logiki. To trochę jak z wymianą telefonu komórkowego na nowszy. Możemy mówić, że stary jest zniszczony, słabo odbiera, bateria nie trzyma. Ale tak naprawdę kuszą nas nowe funkcje – pragniemy postępu. Dlatego przywódcy światowych mocarstw mogą dziś spokojnie powtarzać to, co w 1962 r. mówił prezydent USA John F. Kennedy: „Postanowiliśmy polecieć na Księżyc w tej dekadzie i zrobić pozostałe rzeczy nie dlatego, że są one proste, lecz dlatego, że są trudne; dlatego, że ten cel pozwoli nam lepiej zorganizować i ocenić najlepsze z naszych umiejętności i możliwości; dlatego, że jesteśmy gotowi podjąć wyzwanie, nie chcemy go dłużej odkładać i zamierzamy wyjść z tej próby zwycięsko”.
PROM NA ZŁOM
NASA od dłuższego czasu cierpi na kryzys (czyżby wieku średniego?) i potrzebuje czegoś, co pchnie agencję do przodu. Weźmy choćby promy kosmiczne. Miały być tanie w eksploatacji, niezawodne, efektywne – i praktycznie nic z tego nie wyszło. Co gorsza, nic nie da się tu poprawić, bo same założenia konstrukcyjne nie mają wielkiego sensu. By polecieć wahadłowcem w kosmos, trzeba go rozpędzić do 22 tys. km/godz., a z kolei by szczęśliwie wylądować – oczywiście wyhamować tę gigantyczną prędkość. Jedno i drugie pochłania mnóstwo energii w postaci paliwa, co sprawia, że każdy kilogram jest drogi.
A prom zabiera ze sobą w kosmos kupę niepotrzebnego złomu w postaci skrzydeł, komory ładunkowej (same drzwi ważą kilka ton!) i konstrukcji trzymającej to wszystko razem. Do lotu na Księżyc promy w ogóle się nie nadają – są za ciężkie, by mogły wykonać niezbędne manewry. Musiałyby zabierać ze sobą więcej paliwa, niż są w stanie udźwignąć. Dlatego NASA postanowiła wycofać te pojazdy ze służby i to już przyszłym roku. Na potrzeby misji księżycowych powstaje rodzina pojazdów Constellation – nowa, choć – jak się okazuje – nie do końca.
Projekty NASA do złudzenia przypominają bowiem konstrukcje z lat 60. ubiegłego stulecia – czyli słynny program Apollo. Różnice widać jednak w rozmiarach. Główny moduł Constellation, statek załogowy Orion, będzie 2,5-krotnie większy od pierwowzoru i zabierze maksymalnie sześciu astronautów, a nie trzech jak przed laty (prom kosmiczny zabiera siedmiu). Kapsułę statku będzie można wykorzystywać powtórnie nawet osiem razy dzięki zastosowaniu modułu serwisowego. To wielki walec zawierający silniki, zbiorniki z tlenem i paliwem oraz ogniwa słoneczne. Moduł serwisowy w czasie lądowania będzie odrzucany i spali się całkowicie w ziemskiej atmosferze.
Moduł księżycowy zwany Altair też będzie podobny do LEM z Apollo, ale większy, bo pomieści cztery osoby. No i bardziej komfortowy – z wygodnymi toaletami, kuchenką do podgrzewania jedzenia oraz śluzą powietrzną. Dzięki niej astronauci będą mogli wychodzić na zewnątrz pojedynczo, a do pojazdu nie dostanie się wszędobylski pył księżycowy.
Pojazd w formie stożka nie prezentuje się może tak efektownie jak samolotopodobny prom, ale wygląda na to, że będzie naprawdę ekonomiczny i efektywny. Inżynierowie projektu Apollo spisali się doskonale – recykling ich pomysłów był praktycznie nieunikniony. A gdy dziennikarze zaczęli marudzić, że projekt Constellation trąci myszką, Michael Griffin, szef NASA, odciął się krótko: „Prawa rządzące ponownym wejściem w ziemską atmosferę nie zmieniły się ostatnimi czasy”.
Inżynierowie nie ograniczali się jednak wyłącznie do rozwiązań amerykańskich. Orion będzie miał np. system automatycznego dokowania opracowany pierwotnie przez Rosjan. Podobnie jak rosyjskie Sojuzy będzie lądował na twardym gruncie (a nie w morzu jak Apollo). Nawet toalety będą zbudowane według rosyjskich projektów!
Oryginalnie ma zostać rozwiązany problem ładunku. Promy kosmiczne miały na stałe wbudowany wielki „bagażnik”. To tak, jakby na każdy wyjazd – nawet do kina – wybierać się ciężarówką. Constellation będzie raczej małym samochodem miejskim. Jeśli będzie miał jechać dalej, zabierze po prostu przyczepkę – ładunek wystrzeliwany oddzielną rakietą. Na orbicie parkingowej nastąpi połączenie i dalej oba statki mogą lecieć razem.
POLECIEĆ, POPATRZEĆ, ZATANKOWAĆ…
Pierwsza stała baza załogowa ma powstać w okolicach bieguna północnego naszego satelity – i nie jest to przypadek. W tym rejonie stale świeci Słońce, a więc nie trzeba się martwić o źródło energii. Co więcej, są tam także pokłady lodu, który przyda się np. do produkcji paliwa rakietowego. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, pierwsi astronauci wprowadzą się do bazy w okolicach 2025 roku i zaczną spędzać w niej po 180 dni – tak jak dziś na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Powody do wybierania się na taką wyprawę są przede wszystkim naukowe. Księżyc to wyjątkowe miejsce dla astronomów – pozwoli na badania kosmosu radioteleskopami chronionymi przed szumem ziemskich nadajników i sztucznych satelitów, a brak atmosfery i zjawisk sejsmicznych czyni go idealną podstawą teleskopu. Claudio Maccone z International Academy of Astronautics w Paryżu uważa, że niewidoczna strona Srebrnego Globu powinna być wręcz prawnie chroniona i zaapelował do Organizacji Narodów Zjednoczonych o podjęcie stosownych działań. Jego zdaniem ochroną powinno się objąć krąg średnicy 1820 kilometrów.
Stała baza na Księżycu może też być doskonałym punktem wypadowym do dalszych wypraw w kosmos, bo start z jego powierzchni pochłania o wiele mniej energii niż z Ziemi. Na orbicie naszego satelity można składać statki kosmiczne przeznaczone do dłuższych lotów i wyposażać je w niezbędne zapasy potrzebne do takich misji. „Warto zacząć od Księżyca, bo jest blisko i stosunkowo łatwo osiągalny. Mars jest oczywistym następnym celem, z jego nieprzebranymi zasobami zamrożonej wody i dręczącym pytaniem, czy kiedyś było tam życie” – uważa prof. Stephen Hawking z Cambridge University.
Są też i bardziej wymierne korzyści, jakie może nam dać księżycowa przygoda. „Przez 4,5 mld lat na Księżycu powinny zgromadzić się nieprzebrane zasoby helu-3” – twierdzi prof. Gerald Kulcinski, kierownik Fusion Technology Institute na University of Wisconsin. Ten bardzo rzadko spotykany na Ziemi izotop helu jest dziś stukrotnie droższy niż złoto – jego kilogram kosztuje 1,5 mln dolarów. A to dlatego, że jest najlepszym znanym nauce paliwem dla elektrowni termojądrowych, które w przyszłości będą nam dostarczać taniej i czystej energii. I choć wydaje się to odległą perspektywą, kraje rozwijające się nie kryją, że jest to jeden z głównych powodów ich księżycowej aktywności. „Chcemy rozpocząć eksplorację Księżyca w 2010 roku i zbudować bazę, tak jak to uczyniliśmy na biegunach Ziemi. Dostarczymy ludzkości najbardziej wiarygodnego raportu o zasobach helu-3 na powierzchni Księżyca” – deklarował Ouyang Ziyuan, kierownik naukowy chińskiego programu księżycowego w wywiadzie dla „China Daily”.
KOSMOS W DOMU I W ZAGRODZIE
Krytycy zadają w tym momencie pytanie: no dobrze, ale po co nam to wszystko? Teleskopy kosmiczne taniej jest budować na Ziemi lub umieszczać na jej orbicie. Lot na Marsa brzmi kusząco, ale jeszcze trudniej go uzasadnić niż lot na Księżyc. Reaktorów termojądrowych nie mamy i przez kilkadziesiąt lat raczej mieć nie będziemy.
Misje Apollo można było usprawiedliwić jako element bezkrwawej wojny z komunistami. A dziś? Wbrew pozorom tak wiele się nie zmieniło. Gdyby w latach 60. XX w. zapytać inżynierów NASA, co – poza sferą polityki – da nam lot na Księżyc, odpowiadaliby pewnie równie mętnie jak dziś. Ale teraz wiemy już, że wielki wysiłek technologiczny, jakiego wymaga taka misja, daje użyteczne skutki uboczne. Sztandarowym przykładem są komputery. W latach 60. były wielkimi szafami, drogimi i powolnymi. To naukowcy z NASA uparli się, że statek Apollo musi mieć komputer do nawigacji i dzięki ich inspiracji rozpoczęły się prace nad miniaturyzacją elektroniki. Niewiele później okazało się, że komputer może być osobisty – tani, niewielki i uniwersalny.
Nowe i stare
Po odesłaniu na emeryturę wahadłowców, NASA wraca do tradycyjnego projektu rakiet. Jednym z największych problemów w promach było to, że moduł orbitalny zamocowano w połowie długości całej konstrukcji. Jeśli od wielkiego zbiornika paliwa odpadała izolacja, uderzała w orbiter. To było przyczyną tragedii Columbii. Jednak gdy moduł orbitalny znajduje się na „czubku”, odpadające elementy nie stanowią dla niego problemu. NASA nie wyrzuca jednak do kosza całego projektu wahadłowców. W nowych rakietach wykorzystane zostaną zbiorniki paliwa, silniki i rakiety pomocnicze bazujące na rozwiązaniach z promów kosmicznych. Pierwszy stopień Aresa V i drugi stopień Aresa I (zaznaczone kolorem pomarańczowym) nie bez powodu do złudzenia przypominają zbiornik na paliwo wahadłowca – to są właśnie te zbiorniki zintegrowane w nową, choć „staro” wyglądającą konstrukcję
Lista wynalazków zainspirowanych badaniami NASA jest bardzo długa i czasem zaskakująca. Weźmy chociażby sznury osnowy używane w oponach Goodyear – pierwotnie zaprojektowano je do spadochronów marsjańskiej misji Viking. Kosmiczny rodowód mają też narzędzia akumulatorowe, instalacje antyoblodzeniowe skrzydeł samolotów, flary do niszczenia min (używają paliwa rakietowego), termometry bezprzewodowe, suszona próżniowo żywność, ogniwa paliwowe, baterie słoneczne, systemy oczyszczania wody, materiały ogniotrwałe i termoizolacyjne. Loty na Księżyc i zakładanie tam stałej bazy postawią przed inżynierami nowy zestaw problemów technicznych. Do najbardziej palących należy kwestia zapewnienia zaopatrzenia w energię w tych miejscach, które są pogrążone w mroku (tak jest np. na księżycowym równiku, gdzie „noc” trwa przez 13 ziemskich dób). Naukowcy muszą opracować nowe sposoby gromadzenia energii pozyskiwanej z ogniw słonecznych – a to jest coś, co może się przydać w każdym domu, który chce przestawić się choćby częściowo na ekologiczny prąd. Być może dzięki tym badaniom powstaną bardziej wydajne ogniwa paliwowe – wielka nadzieja ziemskiej motoryzacji.
NASTĘPCY FARAONÓW
Trzeba mieć na uwadze jeszcze jedną ważną rzecz. Tak naprawdę lot na Księżyc wcale nie jest drogi. NASA chce wydać te 150 mld dolarów w ciągu najbliższych 10 lat. Oczywiście agencja nigdy dotąd nie była w stanie zmieścić się w zaplanowanym budżecie, ale z drugiej strony to raptem 0,6 proc. produktu krajowego brutto USA; jedna czwarta kwoty, jaką Ameryka wydała na wojnę w Iraku i Afganistanie; mniej niż połowa ratunkowego dofinansowania rządowego, które otrzymały niedawno amerykańskie banki stojące przed groźbą bankructwa. Owszem, wiele pieniędzy na badania dostaje także amerykańska armia, ale ona zdecydowanie mniej chętnie dzieli się swymi wynalazkami z resztą świata.
U podstaw wielkich innowacji leżało pragnienie postępu, które rodziło niezwykłe potrzeby. Tak powstało koło, maszyna parowa, samolot i optyczna myszka komputerowa. Czasem trzeba odrobiny sprytu, by przekonać opinię publiczną, że wysiłek jest niezbędny. Tak działali faraonowie egipscy, którzy, budując swoje piramidy, musieli dorobić do tego całą otoczkę religijną. Napracowali się zdrowo, ale jaki efekt mamy po latach. Nikt ich wówczas nie spytał „a po co?” (a jeśli spytał, pewnie został skutecznie zniechęcony np. wizytą w basenie z krokodylami). Dziś stoimy w osłupieniu i pytamy: „jak oni temu podołali?”. Taki jest sens postępu. I taki jest najważniejszy powód, dla którego warto wrócić na Księżyc.
Zyski z apollo
Co zawdzięczamy księżycowym ambicjom NASA
Komputery – inżynierowie potrzebowali komputera pokładowego do obliczania trajektorii lotu statków Apollo, trzeba było więc zminiaturyzować i odchudzić maszyny liczące. Komputery takie znalazły później zastosowanie zarówno w pociskach balistycznych, jak i w samolotach, również cywilnychUkłady scalone – pęd do miniaturyzacji komputera pokładowego Apollo sprawił, że firmy projektujące układy scalone uzyskały ogromny zastrzyk gotówki pozwalający rozwinąć biznes w przyszłości. Dziś układy takie znajdują się w każdym urządzeniu elektronicznym.Obrabiarki numeryczne – przy budowie kolejnych statków kosmicznych potrzebne były niezwykle precyzyjne urządzenia do obróbki metalu. Obecnie komputerowe obrabiarki stosowane są szeroko w przemyśle, ale zaczęło się od NASA.Ogniwa paliwowe – służą do łączenia wodoru z tlenem w celu uzyskania prądu. NASA wciąż ulepsza tę technologię, która doskonale nadaje się do napędzania samochodów.Teflonowe patelnie – na potrzeby projektu Apollo wymyślono sposoby łączenia metalu z materiałami, do których nic nie przywiera – takimi jak teflon.Żywność suszona próżniowo – czyli różnego rodzaju zupy i dania instant opracowano właśnie na potrzeby misji księżycowych. Jedzenie wysuszone próżniowo (liofilizowane) zachowuje praktycznie wszystkie własności odżywcze, a ma wagę zredukowaną o 80 proc.