Międzynarodowa Stacja Kosmiczna zniknie z orbity

Inżynierowie z firmy Sierra Space mieli na początku czerwca okazję przebić najbardziej osobliwy balon świata. Biały, walcowaty twór o rozmiarach domu jednorodzinnego dzielnie opierał się, gdy zespół pompował w niego ogromne ilości powietrza. W końcu, gdy ciśnienie wewnątrz pięciokrotnie przewyższyło atmosferyczne, konstrukcja eksplodowała, podrywając tumany kurzu. Wybuchający balon był prototypem kosmicznego modułu, który ma się stać kluczowym elementem stacji kosmicznej przyszłości. 

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna musi spłonąć

Sierra Space chce z podobnych, kevlarowych balonów zbudować stację, która będzie większa, tańsza i użyteczniejsza od wszystkich, jakie powstały do tej pory. Eksperymenty mają upewnić inżynierów, że umieszczenie astronautów w kosmicznym balonie jest bezpieczne. Pierwsi mogliby zamieszkać w nadmuchiwanej stacji już za trzy lata. Akurat, żeby z orbity obejrzeć niezapomniany pokaz kosmicznych fajerwerków.

Pokazem tym będą ostatnie chwile największego orbitalnego laboratorium, jakie stworzyła ludzkość. Licząca już 24 lata Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) dobiega kresu swoich dni. Amerykańska Agencja Kosmiczna (NASA) podpisała właśnie umowę na budowę holownika, którego jedynym zadaniem będzie bezpieczne unicestwienie ogromnej konstrukcji.

Statek kosmiczny, na który firma SpaceX dostanie 843 mln dolarów, będzie wzmocnioną wersją od lat latającej na ISS kapsuły Dragon. Uda się on na stację wkrótce po przybyciu na jej pokład ostatniej załogi. Po zacumowaniu holownika i sprawdzeniu go przez astronautów, kontrolerzy ISS rozpoczną operację anihilacji stacji.

Będzie konieczna, choć ISS spadłaby na Ziemię sama. Stacja wbrew pozorom nie znajduje się całkiem poza ziemską atmosferą. Na wysokości 400 km cząsteczek powietrza jest wciąż dostatecznie dużo, by stale spowalniać ją i ściągać w stronę Ziemi. Dlatego raz w miesiącu astronauci odpalają silniki jednego z zacumowanych do niej pojazdów, by podnieść jej orbitę. Inaczej stacja spadłaby – gdzieś – w ciągu roku czy dwóch.

ISS porusza się po niemal kolistej orbicie, której rzut na mapę Ziemi przypomina sinusoidę sięgającą od środkowej Polski na północy po Patagonię na południu. Pozbawiona kontroli stacja mogłaby rozbić się w dowolnym punkcie tego zakresu. Kontrolowane zepchnięcie jej z orbity ma zmniejszyć ryzyko dla ludzi na Ziemi.

Zagrożenie wcale nie jest hipotetyczne. 8 marca tego roku cylindryczny obiekt przebił sufit i podłogę domu w Naples na Florydzie. Były to pozostałości palety pełnej starych baterii, trzy lata wcześniej wyrzuconej ze stacji. W 1978 r. szczątki radzieckiego satelity szpiegowskiego Kosmos 954 spadły na Kanadę, rozsypując znajdujący się na pokładzie uran. A w rok później kawałki amerykańskiej stacji Skylab spadły na australijskie hrabstwo Esperance. Nikt nie odniósł ran, ale władze ukarały NASA mandatem w wysokości 400 dolarów australijskich za zaśmiecanie terenu. Podobnych incydentów było zresztą znacznie więcej.

Szczątki ISS uderzą w Ziemię

Tym razem ma być inaczej. Po opuszczeniu stacji przez ostatnią załogę jej orbita będzie się naturalnie obniżać przez kolejnych 6 miesięcy. Dopiero wtedy kontrolerzy lotów odpalą zdalnie silniki holownika, który ma sprowadzić stację na Ziemię w wąskim korytarzu o długości około 2 tys. km, wyśrodkowanym na najbardziej oddalonym od lądu punkcie Pacyfiku, znanym jako „punkt Nemo”. To astronomiczne cmentarzysko – na dnie oceanu leży już tam niemal 300 pojazdów kosmicznych, w tym szczątki radzieckiej stacji Mir, sprowadzonej na Ziemię tuż po uruchomieniu ISS.

Upadek Mira widzieli jedynie plażowicze na Fidżi. Tym razem mogą być ostatnimi ludźmi, którzy na własne oczy zobaczą cztery razy większą od niego ISS. Stacja wpadnie w atmosferę z prędkością 28 tys. km/h. Kiedy ta rozpędzona, 400-tonowa masa znajdzie się ok. 100 km nad Ziemią, metal zacznie się wyginać i rwać.

Większość z elementów ISS nigdy nie wróci na Ziemię. Ogromne temperatury towarzyszące wejściu stacji w atmosferę zmienią krzem i aluminium w plazmę. Ale około 10-20 proc. jej masy, czyli nawet 80 ton złomu, spadnie do oceanu.

Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, kontrolerzy lotów NASA, Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) czy Japońskiej Agencji Kosmicznej zapewne będą czuli satysfakcję z dobrze wykonanej roboty. Choć wątpliwe, by czuli radość.

Kiepski stan techniczny Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

Faktem jednak jest, że stacja wkrótce może się stać niebezpieczna dla astronautów. W swoim opracowaniu NASA podkreśla, że choć wiele z elementów stacji może zostać wymienionych, jej szkielet, czyli moduły znajdujące się na orbicie, dobiegają już końca swoich fizycznych możliwości. Stacja, poddawana wstrząsom, naprężeniom i zwykłemu zużyciu, jest po prostu stara. Jej dalsze naprawianie staje się coraz trudniejsze i coraz bardziej kosztowne.

Poważne sygnały ostrzegawcze pojawiają się od lat. Dotyczą zwłaszcza najstarszych, rosyjskich modułów, takich jak wystrzelona w 1998 r. Zaria stanowiąca trzon całej konstrukcji. Jeszcze w 2021 r. szef rosyjskiej agencji kosmicznej Roskosmos, Władimir Sołowiow, przestrzegał, że ponad 80 proc. systemów na rosyjskiej części stacji przekroczyło planowaną żywotność. Co gorsza, w kadłubie modułu Zaria odkryto pęknięcia, wskazujące na poważne zużycie materiału. „To zła wiadomość. Jest prawdopodobne, że szczeliny będą się rozszerzać” – mówił agencji RIA. Wicepremier Rosji Jurij Borisow zapowiadał już wtedy, że cała konstrukcja nie będzie zdatna do użytku po 2030 r.

Także w 2030 r. mogą się skończyć pieniądze. Właśnie wtedy minie okres rozliczeniowy budżetów ISS przegłosowanych przez amerykański Kongres oraz członków ESA. Możliwe, że Rosjanie porzucą stację jeszcze wcześniej. Kombinacja rosnących geopolitycznych napięć, rosyjskiego kryzysu finansowego i coraz gorszego stanu technicznego elementów ISS może sprawić, że Roskosmos wycofa się z projektu już za cztery lata. To skomplikuje ostatnie lata pracy ISS, bo rosyjskie kapsuły Sojuz i kosmiczne ciężarówki Progres były kluczowymi elementami logistyki stacji.

Geopolityka była jedną z przyczyn, dla których ISS w ogóle powstała. Stacja, którą dziś znamy, jest dziwnym składakiem pozostałości z dwóch rywalizujących ze sobą zimnowojennych projektów. Amerykańskiej stacji Freedom, której budowę ogłosił jeszcze w 1984 r. Ronald Reagan, i radzieckiego Mir-2, którego budowę nawet rozpoczęto: jego centralnym elementem miał być wykorzystany później na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej moduł Zwiezda.

Gdy zakończyła się zimna wojna, oba projekty skazano na finansową śmierć głodową. W 1993 r. Amerykanie podpisali jednak porozumienie, zgodnie z którym miały zostać scalone. Wymagało to przeprojektowania stacji, ale, poza oszczędnościami, dawało z punktu widzenia USA ogromną korzyść. Doświadczeni rosyjscy inżynierowie kosmiczni, którzy mogliby zaoferować swoje usługi np. Iranowi czy Korei Północnej, dostali coś, nad czym mogliby pracować w pokoju.

Oczywiście, tak złożony międzynarodowy projekt z geopolityką ścierał się przez całą swoją historię. To właśnie polityczne, a nie technologiczne obawy sprawiły, że do tworzenia ISS nigdy nie zaproszono Chin, które ostatecznie zbudowały własną stację. Poważne napięcia na linii Rosja–Zachód, zaognione po inwazji na Ukrainę sprawiły, że Moskwa kilkukrotnie groziła wycofaniem się z projektu i zabraniem Amerykanom możliwości podróżowania na stację na pokładzie kapsuł Sojuz. Ostatecznie jednak rozsądek – i amerykańska gotówka – przekonały ich, że współpraca po prostu się opłaca.

ISS na orbicie to dobry interes

Budowa stacji kosztowała wszystkich partnerów około 150 mld dolarów. Jej utrzymanie na orbicie to wydatek rzędu 3-4 mld rocznie. Drogo. Ale trudno dziś znaleźć w świecie nauki kogoś, kto by twierdzić, że te pieniądze zostały wyrzucone w kosmos.

NASA, Roskosmos, ESA, kanadyjska CSA i japońska JAXA zaczęły budowę ISS w 1998 r. W kolejnych latach gościła ona niemal 300 astronautów z 18 krajów (wkrótce do tej listy ma dołączyć Polak, Sławosz Uznański), którzy przeprowadzili niezliczone eksperymenty, przeszło 270 spacerów kosmicznych, a nawet nagrali w kosmosie płytę i teledysk.

Astronauci pracowali nad sposobami wytwarzania nowych leków, sprawdzali zachowanie w nieważkości pająków czy nasion roślin hodowlanych, rozpalali małe, kontrolowane ogniska, by ustalić, jak w kosmicznych warunkach zachowują się płomienie, testowali wreszcie technologie, które już dziś znajdują zastosowania na Ziemi. Czujniki klimatyczne zainstalowane na pokładzie stacji pozwoliły nam dopracować modele opisujące zmiany, jakie przechodzi nasza planeta, przyrządy astronomiczne pozwoliły badać gwiazdy neutronowe czy ciemną materię, a systemy podtrzymywania życia, dzięki którym astronauci mogą pracować we względnym komforcie w środowisku próbującym ich zabić na dziesiątki sposobów, zaowocowały m.in. stworzeniem nowych systemów filtrowania wody.

Najważniejszym z obiektów badań byli jednak sami astronauci. Mikrograwitacja to dla ludzkiego organizmu zjawisko ekstremalne. Bez grawitacji płyny gromadzą się w głowie (stąd napuchnięte twarze kosmicznych załóg), układ krążenia słabnie, kości kruszeją, geny zaczynają dziwnie się zachowywać. Obserwacja zmian w organizmach załogi – i opracowywanie sposobów na walkę z nimi – to coś, co nie tylko pozwoli nam lepiej planować misje w odległe rejony Układu Słonecznego, ale przede wszystkim lepiej zrozumieć nasze całkiem ziemskie choroby. Już dziś dzięki badaniom na ISS korzystamy z nowych terapii na osteoporozę, alzheimera czy choroby układu krążenia. Fakt, że załogi przebywały na stacji wiele miesięcy (rekordziści Mark Vande Hei i Piotr Dubrow spędzili na ISS po roku), pozwolił lekarzom obserwować negatywne zjawiska w czasie rzeczywistym i przez długi okres.

ISS niebezpiecznym kosmicznym złomem

Tym trudniej wielu ludziom pogodzić się z końcem stacji. Jean-Jacques Dordain, były dyrektor generalny ESA, który z ramienia europejskiej agencji nadzorował jej budowę, i były administrator NASA Michael Griffin opublikowali w lipcu list otwarty, w którym apelowali o ocalenie stacji tak, by przyszłe pokolenia mogły wciąż z niej korzystać.

Obaj twierdzą, że ten sam pojazd, który przypieczętuje los stacji, mógłby zamiast tego wynieść ją na wyższą orbitę, z dala od ziemskiej atmosfery, gdzie stacja mogłaby pozostawać przez dziesięciolecia czy wieki.

„Wyniesienie ISS z jej obecnej wysokości 400 km na orbitę kołową o wysokości 800 km wymaga przyspieszenia jej do około 220 m/s, mniej więcej tyle samo, ile potrzeba do precyzyjnej deorbitacji – piszą administratorzy. – Na większej wysokości czas życia na orbicie wyniósłby wiele dziesięcioleci, dając przyszłym pokoleniom wystarczająco dużo czasu na podejmowanie dotyczących jej dalszego losu decyzji”.

W swoim opracowaniu podkreślają jednak, że taki wariant był brany pod uwagę. I odrzucono go głównie ze względów bezpieczeństwa. Co prawda na wysokości 640-680 km stacja mogłaby czekać na nowych lokatorów przez stulecie, a na wysokości 835-875 km przez milenium, ale w praktyce jej żywotność bez załogi byłaby bardzo krótka.

Ryzyko katastrofalnego zderzenia stacji z kosmicznymi śmieciami rośnie drastycznie powyżej 415 km. Chociaż wyższe orbity zapewniają dłuższy teoretyczny czas życia stacji, średni przewidywany czas między katastrofalnymi zderzeniami zmniejsza się z 51 lat na obecnej wysokości operacyjnej do mniej niż czterech lat na dwukrotnie większej wysokości. Zatem prawdopodobieństwo zderzenia, które trwale okaleczy stację lub zmieni ją w kilkaset ton kosmicznego złomu, jest niedopuszczalnie wysokie. W ekstremalnych przypadkach rozpad ISS mógłby doprowadzić do kataklizmicznego zjawiska zwanego „kaskadą Kesslera”, w której rozpędzone, metalowe odłamki dosłownie szatkują wszystko, co ludzkość wyniosła w kosmos, pozbawiając nas dostępu do orbity. 

Eksploracja kosmosu bez Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

Ostateczna data końca ISS nie jest jednak jeszcze przesądzona. Nie jest też przesądzone to, że po trzech dekadach ludzkość straci stałą przystań na orbicie. NASA uzależnia zamknięcie placówki od tego, czy w tym czasie pojawią się alternatywy – prywatne stacje stworzone przez korporacje, które mogłyby być wynajmowane przez firmy i rządowe agencje kosmiczne na komercyjnych zasadach, jak kosmiczne biurowce.

To ważne, bo jedyna istniejąca dziś alternatywa dla ISS – przypominająca Mira chińska stacja Tiangong – nie jest dziś łatwo dostępna dla badaczy z Zachodu. Amerykanie i Europejczycy pokładają więc nadzieję w opracowywanych już dziś placówkach, takich jak Orbital Reef, czyli Orbitalna Rafa, będąca projektem wspólnie realizowanym przez należący do Blue Origin Jeffa Bezosa, Sierra Space i Boeinga. Zakłada wyniesienie placówki, której trzon stanowiłyby nadmuchiwane moduły testowane dziś w Nevadzie, zapewniające mnóstwo miejsca dla laboratoriów, fabryk i kosmicznych hoteli. Rafa ma trafić na ziemską orbitę około 2027 r., choć na razie jej twórcy mają problem – podstawowym „autobusem” ją obsługującym ma być budowany przez Boeinga Starliner. A ten, choć po latach nieudanych prób dotarł w czerwcu na ISS, wciąż ma problemy. Dwuosobowa załoga już drugi miesiąc czeka na powrót, bo inżynierowie chcą się upewnić, że szwankujące w drodze na stację silniki manewrowe nie zawiodą po drodze.

Drugi z komercyjnych projektów jest bezpośrednio związany z ISS. Firma Axiom, dziś wożąca na stację komercyjnych astronautów, zamierza w 2026 r. zacząć dołączać do ISS własne moduły. Te, po zakończeniu pracy zasadniczej stacji, miałyby się odłączyć i stworzyć rdzeń nowego kosmicznego laboratorium.

Kres ISS będzie stanowić w historii podboju kosmosu ważną cezurę. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, będzie wyznaczać moment, w którym orbita Ziemi przestanie być dzikim pograniczem podbijanym przez dzielnych astronautów, pracujących, jak kiedyś wielcy odkrywcy, na zlecenie bogatych rządów. Stanie się zwykłym miejscem pracy dla setek naukowców, inżynierów i pilotów, którzy, jak kiedyś pionierzy na amerykańskim Zachodzie, będą stopniowo zmieniali ją w tętniącą życiem kolonię.

A agencje kosmiczne, zwolnione z obowiązku utrzymywania kosmicznego laboratorium, będą mogły poświęcić swoje siły i środki na podbijanie kolejnych dzikich lądów. Marsa, Wenus, asteroid i jeszcze odleglejszych światów. Tylko najpierw ktoś musi być tym ostatnim, kto na legendarnej stacji wyłączy światło i zamknie śluzę. Być może ocierając łzę.

Przeboje z pokładu ISS

Piąty stan materii: 25 lat temu naukowcy po raz pierwszy wytworzyli piąty stan materii o właściwościach całkowicie odmiennych od ciał stałych, cieczy, gazów i plazm. W 2018 r. astronauci na ISS zdołali wytworzyć tzw. kondensat Bosego-Einsteina (BEC). Może to zapewnić wgląd w podstawowe prawa mechaniki kwantowej.

Kryształy białek: Eksperymenty z hodowlą kryształów białkowych dostarczyły danych kluczowych dla leczenia wielu chorób, od raka po choroby dziąseł. Obiecującym przykładem jest badanie białka związanego z dystrofią mięśniową Duchenne’a (DMD), nieuleczalną chorobą genetyczną. Terapia na DMD oparta na badaniach przeprowadzonych na stacji jest w trakcie badań klinicznych.

Nieważkość i zdrowie: Przez cały czas istnienia stacji lekarze na Ziemi monitorowali stan zdrowia astronautów, by zmierzyć złożoność, nasilenie i czas trwania zmian fizjologicznych, które mają wpływ na zdrowie członka załogi w przestrzeni kosmicznej w warunkach mikrograwitacji i po powrocie na Ziemię. Roczny pobyt na orbicie astronauty Scotta Kelly’ego w 2015 i 2016 r. pozwolił naukowcom zmierzyć medyczny, psychologiczny i genetyczny wpływ nieważkości na ludzki organizm – „grupą kontrolną” był Mark Kelly, bliźniak Scotta (także astronauta), który pozostał na Ziemi.

Muzyka sfer niebieskich: W 2013 r. kanadyjski dowódca stacji Chris Hadfield wykorzystał czas wolny podczas pobytu na orbicie na nagranie pierwszej w historii płyty z muzyką napisaną i wykonaną w przestrzeni kosmicznej. Na koniec pobytu na stacji Kanadyjczyk opublikował w internecie nagrany na pokładzie stacji teledysk do własnego coveru legendarnego przeboju „Space Oddity” Davida Bowiego.