Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →
Wchwili zamknięcia tego numeru „Tygodnika” cała ludzkość znajduje się na planecie Ziemia... poza sześcioma osobami, które przebywają na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Jest ona zamieszkana nieprzerwanie od 2 listopada 2000 r. Jako gatunek weszliśmy więc w stadium „kosmicznej dojrzałości”, bo stuknęło nam symboliczne 18 lat, gdy ktoś z nas stale jest poza macierzystą planetą.
Przed ISS był Mir, przed nim Skylab i szereg radzieckich Salutów. Chińczycy eksperymentują ze stacjami Tiangong, a lista projektów planowanych, ale niezrealizowanych jest jeszcze obszerniejsza – wymieńmy tylko niedoszłą amerykańską stację Freedom czy radzieckiego Mira 2. Ale czym w ogóle są stacje kosmiczne? I przede wszystkim: po co je budujemy?
Triumf Rosjan
Zacznijmy od nazwy, bo w etymologii kryje się ironia. Słowo „stacja” pochodzi od łacińskiego sto, stare – czyli „spoczywać w miejscu, być nieruchomym” – a stacja kosmiczna jest przeciwieństwem spoczynku: porusza się po orbicie z prędkością prawie 8 km na sekundę. Gdyby nie taka prędkość, korygowana w miarę, jak tarcie o resztki atmosfery wyhamowuje stację – spadłaby ona na Ziemię.
Stacja kosmiczna jest przeznaczona do funkcjonowania wyłącznie poza atmosferą ziemską – nie ma „lądownika”, modułu powrotnego. Raz wystrzelona, pozostaje w kosmosie i nie wraca w całości na Ziemię (co najwyżej spala się w atmosferze i spada do oceanu), a transport załogi obsługują niezależne od niej statki kosmiczne – rosyjski Sojuz, wahadłowiec amerykańskiego rządu (już nie) czy Dragon firmy SpaceX Elona Muska (już wkrótce). Wczesne stacje (niektóre z serii Salut i stacja Skylab) były wystrzeliwane w gotowym stanie, obecnie jednak stacje buduje się z modułów wynoszonych na orbitę kolejnymi rakietami. ISS składa się z kilkunastu głównych elementów, dodawanych regularnie od 1998 r.
Tak jak Amerykanie pokonali Rosjan w wyścigu na Księżyc, tak Rosjanie zwyciężyli na froncie stacji kosmicznych. Przez dziesiątki lat mieli na nie monopol. Amerykanie zaliczyli tylko krótki epizod ze Skylabem w latach 1973-74, a Rosjanie rozwijali serię stacji Salut i Ałmaz, a potem przeszli długą przygodę z Mirem. Amerykanie nigdy nie dorobili się własnej, wieloletniej stacji orbitalnej na wyłączność.
Co więcej, nawet obsługa ISS zaskakująco często spada na Rosjan. Przez dwa i pół roku po katastrofie Columbii (2003-05) załogi były przewożone na i z ISS wyłącznie rosyjskimi Sojuzami i tak samo jest obecnie – w tym roku osiem lat już minie od wycofania wahadłowców z użytku.
To zresztą znak zwrotu, który dokonał się w myśleniu o lotach załogowych. Na przełomie lat 70. i 80. wydawało się, że model jednorazowych statków, które wodują w oceanie, zastąpią „kosmiczne samoloty”, które elegancko lądują na pasie lotniska. I zastąpiły... ale tylko w Stanach i tylko na 30 lat. Dzisiaj o nowych wahadłowcach nikt nie mówi, a zarówno NASA (pracująca nad statkiem Orion), jak i SpaceX (Dragon) znów myślą w kategoriach starych, dobrych kapsuł i wodowań.
Zmiana paradygmatu
Stacje kosmiczne obmyślano na długo, zanim stały się rzeczywistością. Mniej lub bardziej fantastyczne pomysły pojawiały się już pod koniec XIX wieku i potem w pierwszej połowie wieku XX, na długo przed lotem Gagarina. Jednak to, co współcześnie nazywamy „stacją kosmiczną”, to wynik zmiany paradygmatu ludzkiej obecności w kosmosie, do której doszło po wyścigu na Księżyc z przełomu lat 60. i 70. Mówiąc najprościej, model „latać daleko” (ku Księżycowi i planetom) został wtedy zastąpiony przez model „latać na długo”.
Spójrzmy na liczby. Po pierwsze, odległość. Od powrotu astronautów Apolla 17 z Księżyca w grudniu 1972 r. żaden człowiek nie był nigdy dalej niż na niskiej orbicie okołoziemskiej, na której krążą stacje. To jest kosmiczna różnica skali, trzy rzędy wielkości. Księżyc jest oddalony o prawie 400 tysięcy kilometrów, czyli ćwierć miliona mil w amerykańskiej nomenklaturze. A niska orbita okołoziemska? Ona jest tak nisko, że mówimy tu jeszcze o „wysokości”, a nie „odległości”. Kiedy ISS przelatuje nad Rynkiem Głównym w Krakowie na wysokości 410 kilometrów, to jest to ten sam dystans, co z kościoła Mariackiego do mostu Karola w Pradze. Niby kosmos, ale bliski.
Astronauci Apolla popatrzą za to z szacunkiem na czas trwania lotów, na jaki pozwalają stacje kosmiczne. W chwili gdy wspomniana załoga Apolla 17 wracała z Księżyca, absolutny rekord długości załogowego lotu kosmicznego wynosił zaledwie 23 dni. Ustanowiła go w 1971 r. załoga pierwszej w dziejach stacji Salut 1 (Dobrowolski, Pacajew i Wołkow – wszyscy zginęli w drodze powrotnej, na skutek rozszczelnienia się statku). Dopiero w 1977 r. przyszedł lot, który trwał kwartał (Salut 6), w 1980 r. przekroczono pół roku (również Salut 6), a rok dopiero na Mirze w 1988 r. Aktualny rekord wynosi 437 dni i ustanowił go Walerij Polakow również na Mirze w latach 1994-95. To wciąż za mało na wyprawę na Marsa i z powrotem, jednak to właśnie dzięki stacjom kosmicznym pobyty wielomiesięczne stały się nie tylko możliwe, ale nawet rutynowe.
Można oczywiście pytać: dlaczego tak? W najszerszym planie trzeba powiedzieć, że model „stale zamieszkiwane stacje kosmiczne blisko Ziemi” jest tańszy, prostszy i bezpieczniejszy niż model „loty ku Księżycowi i planetom”. Owszem, zbudowanie i utrzymywanie ISS kosztuje ogromnie dużo (trudno o precyzyjne liczby przy projektach tej skali, ale mówimy tutaj o minimum 150 miliardach dolarów), jednak jest to i tak ułamek kosztu, wysiłku i ryzyka, jakie pociągałoby – dajmy na to – utrzymywanie stałej bazy załogowej na powierzchni Księżyca. Niska orbita okołoziemska to najbliższe, najprostsze i najtańsze „bycie na stałe w kosmosie”, jakie jest dzisiaj dostępne. Z chwilą, gdy planujemy coś dalszego, koszty, ryzyko i ogólna komplikacja rosną już nie tylko astronomicznie, ale i wykładniczo.
Nauka w nieważkości
Żadne przyszłe, wielomiesięczne loty w głąb Układu Słonecznego nie będą jednak możliwe bez wiedzy i doświadczenia zdobytego na stacjach okołoziemskich. Przygotowanie takiej podróży wymaga solidnej wiedzy: jak zachowa się ludzkie ciało – oraz ludzka psychika – wystawione na tak długi czas na warunki kosmiczne? Na łamach „Tygodnika” pisał o tym niedawno Wojciech Brzeziński [zob. „Kosmiczna choroba”, „TP” 9/2019].
Na stacje kosmiczne można więc patrzeć jak na ośrodki treningowe przed lotami na inne planety. Ale oczywiście ich rola nie sprowadza się wyłącznie do tego. Służą też jako laboratoria, w których wykonuje się wszystkie te badania, których nie da się wykonać na Ziemi. Przede wszystkim chodzi o środowisko nieważkości (ściślej: mikrograwitacji). To jest ta jedna rzecz, której nie da się symulować na Ziemi. I to samo w sobie jest ciekawe: pracujemy nad sztuczną inteligencją i komputerami kwantowymi, ale stan nieważkości na Ziemi jesteśmy w stanie wytwarzać tylko na sekundy. Wszystkie eksperymenty, które potrzebują jej na dłużej, można przeprowadzić wyłącznie na stacji kosmicznej.
Z jednej strony przedmiotem badań jest oczywiście wpływ nieważkości na organizm człowieka, z drugiej – na rośliny i zwierzęta. W ich przypadku, rzecz jasna, ciągle można pozwolić sobie na więcej, włącznie z badaniem, jak nieważkość wpływa na ich rozmnażanie (czego u człowieka nigdy nie badano: w 1978 r. Argentyńczyk Emilio Palma został pierwszym człowiekiem, który urodził się na kontynencie antarktycznym, ale nikt nie urodził się jeszcze ani nie został poczęty poza Ziemią). Kluczowe dla dalszej eksploracji kosmosu są badania nad uprawą roślin i hodowlą tkanek. Ale także mnóstwo zjawisk fizycznych i chemicznych da się w nieważkości ująć od zupełnie nowej strony – dwa dobre przykłady to hodowla kryształów, która w „symetrycznym” środowisku mikrograwitacji może dać nowe efekty, i badanie procesów spalania, które w fundamentalny sposób zależą od konwekcji, a więc od przyspieszenia grawitacyjnego. To właśnie grawitacja sprawia, że płomień świecy ma znajomy kształt. W stanie nieważkości płomień będzie zupełnie inny... i nie jest to bynajmniej tylko ciekawostka, bo rozwój technologii spalania (w szczególności redukcja wytwarzania sadzy i innych produktów ubocznych) ma przecież zasadnicze znaczenie dla transportu, energetyki i ekologii.
Inną ważną przestrzeń badań otwiera fakt, że stacje kosmiczne – z definicji – znajdują się ponad ziemską atmosferą. Umożliwia to obserwacje astronomiczne niemożliwe z Ziemi. Jakie? Otóż astronomia „naziemna” polega tak naprawdę tylko na dwóch „oknach” widma elektromagnetycznego: do powierzchni Ziemi docierają fale radiowe oraz wąski przedział widma w okolicach światła widzialnego. Atmosfera dużo więcej blokuje, niż przepuszcza. Całą resztę da się obserwować tylko sponad niej. Podobnie sprawa się ma z obserwacją promieniowania kosmicznego: tu przykładem może być zainstalowany w maju 2011 r. na pokładzie ISS Magnetyczny Spektrometr Alfa, czyli detektor cząstek przeznaczony do badania antymaterii obecnej w promieniowaniu kosmicznym. Badania te dostarczają danych wykorzystywanych m.in. w modelach teoretycznych ciemnej materii.
Astronauta kontra robot
Tylko czy nie da się tego wszystkiego zrobić taniej i lepiej bez udziału człowieka? Jasne jest, że załogę Apolla musieli stanowić ludzie – wtedy chodziło o przewagę symboliczną i polityczną konkurencję między mocarstwami. Robot wbijający flagę w powierzchnię Księżyca nie spełnia celów propagandowych. Jednak w czasie żadnego z załogowych lotów na Księżyc nie dokonano spektakularnych odkryć naukowych (spośród 12 ludzi, którzy chodzili po Księżycu, tylko jeden, Harrison „Jack” Schmitt był naukowcem). Dużo się mówi o automatyzacji pracy na Ziemi. Czy praca badawcza w kosmosie nie jest najbardziej oczywistym zadaniem, które za nas mogłyby wykonywać maszyny?
Liczby mówią same za siebie. Całkowity koszt teleskopu kosmicznego Hubble’a to kilkanaście miliardów dolarów – dziesięć razy mniej niż ISS (być może najdroższego obiektu zbudowanego przez człowieka). Ich wartość – dla astronomii i kosmologii – jest zaś nieporównywalna: Hubble pozwala nam zaglądać do wczesnych etapów ewolucji Wszechświata, określić jego wiek i tempo rozszerzania się, podglądać pozasłoneczne planety... Wkład ISS w rozwój tych dziedzin jest marginalny.
Bezpośrednia obecność człowieka przy obserwacjach jest coraz mniej potrzebna, a proces ten będzie przecież przybierał na sile, w miarę jak automaty i roboty będą radziły sobie coraz lepiej. „Następcą” teleskopu Hubble’a (który bynajmniej się na emeryturę na razie nie wybiera) będzie teleskop kosmiczny Jamesa Webba. Stosunek kosztów do wartości naukowej będzie tutaj jeszcze korzystniejszy dla teleskopu, w porównaniu ze stacją kosmiczną. Także wspomniany Magnetyczny Spektrometr dałoby się wystrzelić jako osobnego satelitę. Urządzenie potrzebuje 2,5 kilowata mocy, co było jednym z argumentów za tym, że łatwiej zasilać go z pokładu stacji niż baterii słonecznych autonomicznego pojazdu. Ale – z drugiej strony – ileż takich spektrometrów można by umieścić na orbicie za pieniądze, które wydano na budowę i utrzymanie ISS?
W dobie zmian klimatu i coraz częstszych klęsk żywiołowych niezwykle istotniejsze staje się patrzenie nie tylko wzwyż, w kosmos, ale i w dół, na Ziemię. Tutaj przewaga automatów jest już wyraźna. Owszem, znamy i podziwiamy zdjęcia wykonane przez astronautów na orbicie. Są zrobione ręką człowieka, mają więc wartość sentymentalną, estetyczną, no i pobudzają do refleksji. Jednak zdecydowana większość istotnych danych obserwacyjnych Ziemi pochodzi z satelitów bezzałogowych. Argumentów dostarcza sama mechanika orbitalna: załogowa stacja kosmiczna porusza się po określonej orbicie i bezpośrednio nad określonym punktem powierzchni Ziemi pojawia się tylko raz na dobę (jeżeli szerokość geograficzna tego punktu jest mniejsza bądź równa nachyleniu orbity – w przeciwnym razie nie pojawi się tam w ogóle) i przelatuje nad nim w kilka minut. Trudno tu mówić o stałej obserwacji. Satelitów bezzałogowych zaś – nieporównanie tańszych – można wystrzelić więcej, tak żeby dany obszar stale był w polu obserwacji przynajmniej jednego z nich. Taniej, bezpieczniej, lepiej.
Czyżby więc stacje kosmiczne były zbędnym wydatkiem, fanaberią mocarstw, które chcą udowadniać swoją pozycję, wyrzucając miliardy na wątpliwe cele? Bo pozostaje wciąż jedno pole badań, w którym nikt i nic obecności człowieka na orbicie nie zastąpi. Jest nim oczywiście gnothi seauton – poznać samego siebie. Tylko Homo sapiens w kosmosie będzie w stanie zbadać, jak Homo sapiens reaguje na warunki kosmiczne, jakie spotyka tam ograniczenia i perspektywy, by żyć i pracować. Na automaty można bowiem delegować wszystko, ale nie samo bycie człowiekiem.
Niezależnie więc od rozwoju technologii pytanie o sens załogowych stacji kosmicznych pozostaje otwarte. Jest bowiem równoznaczne z pytaniem o sens osobistej obecności człowieka w kosmosie w ogóle. I jako takie wykracza poza domenę nauki i technologii. ©
