Wizje na stulecia, nie na dekady
Kilka miesięcy temu NASA ogłosiła szczegółowy Narodowy Plan Badań Kosmicznych, mający umożliwić osiągnięcie wzniosłych celów, określonych w dyrektywie prezydenta Trumpa w sprawie polityki kosmicznej z grudnia 2017 r. Te odważne plany obejmują: zaplanowanie lądowania na Księżycu, długoterminowe rozmieszczenie ludzi na Księżycu i wokół niego, umocnienie amerykańskiego przywództwa w kosmosie, wzmocnienie prywatnych firm kosmicznych oraz opracowanie metody bezpiecznego lądowania amerykańskich astronautów na powierzchni Marsa.
Wszelkie zapowiedzi dotyczące realizacji marsjańskich spacerów do 2030 r. - jak to opublikowane w nowym raporcie NASA - cechują się jednak sporą elastycznością i mogą zostać zmodyfikowane, jeśli zajdzie coś, czego w tej chwili naukowcy nie dostrzegli. Zanim więc zostanie sprecyzowany budżet misji załogowej, planuje się np. wziąć pod uwagę wyniki misji Mars 2020, w której kolejny łazik zbierze i przeanalizuje próbki z powierzchni Czerwonej Planety,
Księżycowy Port Kosmiczny
Harmonogram NASA będzie musiał przetrwać problemy związane z finansowaniem, typowe dla każdej nowej administracji prezydenckiej w USA. Póki co, w Kennedy Space Center na Florydzie inżynierowie NASA montują już statek kosmiczny, który w ciągu najbliższych kilku lat przetransportuje ludzi z powrotem na Księżyc, a potem na Marsa. Nazywa się Orion i wygląda trochę jak kapsuła, która powiozła astronautów Apollo na misje księżycowe prawie cztery dekady temu.
Obchodząc 60 rocznicę istnienia, NASA ma nadzieję, że w 2020 r. wystrzeli Oriona w bezzałogowy testowy lot wokół Księżyca, a w 2023 r. - już z astronautami na pokładzie, skieruje go znów na orbitę naszego satelity.
Księżyc generalnie znów cieszy się popularnością. Administracja Trumpa długoterminowo wytyczyła wprawdzie NASA kierunek na Marsa, jednak plan zakłada stworzenie najpierw stacji kosmicznej na orbicie Księżyca, tzw. bramy lub też portu, konstrukcji w założeniu podobnej trochę do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, ale obsługującej misje na powierzchnię Księżyca oraz docelowo - na Marsa. W planie jest również stała baza na naszym naturalnym satelicie. NASA i administracja prezydencka wyznaczyły sobie za cel wspieranie skonstruowania bezzałogowego robotycznego lądownika komercyjnego na Księżycu nie później niż w 2020 r.
Statek Orion zbliża się do stacji na orbicie Księżyca - wizualizacja
- Nadszedł czas, aby ustanowić stałą obecność na Księżycu - powiedział w sierpniu wiceprezydent Mike Pence, w Johnson Space Center w Houston. Pence jest przewodniczącym niedawno odnowionej Narodowej Rady Kosmicznej. Ponad połowę zaproponowanego przez NASA budżetu w wysokości 19,9 mld dolarów na nadchodzący rok fiskalny zarezerwowano na badania księżycowe, a Kongres wydaje się być w stanie zaakceptować te środki.
Agencja poprosiła przemysł kosmiczny o pomysły i projekty stacji-bramy na orbicie Księżyca. Założenia mówią o strefie postojowej dla sond kosmicznych, przekaźników komunikacyjnych, a także o bazie do zautomatyzowanej obsługi urządzeń na powierzchni Księżyca. Swoje projekty do NASA i ESA zgłosiły już Lockheed Martin, Boeing, Airbus, Bigelow Aerospace, Sierra Nevada Corporation, Orbital ATK, Northrop Grumman i Nanoracks.
NASA i ESA przewidują, że na pokładzie Księżycowego Portu Kosmicznego astronauci będą mogli przebywać do ok. sześćdziesięciu dni. Obiekt ma być wyposażony w uniwersalne śluzy, które umożliwią zarówno spacery kosmiczne załogi, jak też dokowanie prywatnych statków kosmicznych, biorących udział w misjach górniczych - w tym także, jak należy rozumieć, komercyjnych.
Jeśli nie promieniowanie, to zabójcza nieważkość
Nawet jeśli zbudujemy tę infrastrukturę, to samych problemów wiążących się z długimi podróżami ludzi w przestrzeni kosmicznej jeszcze nie zlikwidujemy. Nasz gatunek wciąż kiepsko znosi warunki braku grawitacji. Mechanizmy orientacji przestrzennej potrafią prowadzić do wielkich problemów zdrowotnych i tzw. choroby kosmicznej.
Im dalej od bezpiecznego kokona ziemskiej atmosfery i pola magnetycznego, tym większy problem z promieniowaniem - ryzyko nowotworów rośnie tam z każdym dodatkowym dniem. Oprócz raka, może ono również powodować zaćmę i ewentualnie chorobę Alzheimera. Ponadto kiedy promieniotwórcze cząstki uderzają w atomy aluminium znajdujące się w poszyciach statków, następuje wybijanie cząstek we wtórnej emisji promieniowania.
Rozwiązaniem byłyby tworzywa sztuczne. Są lekkie i mocne, pełne atomów wodoru, których małe jądra nie wytwarzają dużo wtórnego promieniowania. NASA testuje takie rodzaje tworzyw, które mogą ograniczyć promieniowanie w statkach kosmicznych lub kosmicznych kombinezonach. Inny pomysł to antypromieniotwórcze osłony, np. magnetyczne, tworzące namiastkę chroniącego nas na Ziemi pola. Naukowcy z European Space Radiation Superconducting Shield pracują nad nadprzewodnikiem z dwuborku magnezu, który generując pole magnetyczne odbijałby naładowane cząstki od statku. Osłona działa w temperaturze -263°C, co nie wydaje się tak wielkim problemem, zważywszy, że przestrzeń kosmiczna jest już i tak bardzo zimna.
Nowe badania pokazują, że poziom promieniowania słonecznego rośnie o 10% szybciej, niż wcześniej sądzono i że z czasem środowisko promieniowania w przestrzeni kosmicznej będzie się pogarszać. Ostatnie analizy danych pochodzące z instrumentu CRaTER umieszczonego na księżycowym orbiterze LRO wykazały, że środowisko promieniowania pomiędzy Ziemią a Słońcem z czasem uległo pogorszeniu i nieosłonięty astronauta może być narażony na przyjęcie aż o 20% więcej dawek promieniowania niż kiedyś sądzono. Naukowcy sugerują, że większość tego dodatkowego ryzyka pochodzi z niskoenergetycznych cząstek promieniowania kosmicznego. Podejrzewają jednak, że owe dodatkowe 10% może w przyszłości nałożyć spore ograniczenia na badania przestrzeni kosmicznej.
Nieważkość niszczy ciało. Sprawia m.in., że niektóre komórki odpornościowe nie są w stanie wykonywać swojej pracy, a czerwone krwinki umierają. Powoduje też powstawanie kamieni nerkowych i osłabia serce. Astronauci na ISS walczą z osłabieniem mięśni, obniżeniem sprawności układu krążenia oraz utratą kości, praktykując długotrwałe ćwiczenia - trwające dwie do trzech godzin dziennie. A mimo to, przebywając na pokładzie, nadal tracą masę kostną.
Astronautka Sunita Williams podczas ćwiczeń na ISS
Rozwiązaniem byłaby sztuczna grawitacja. W MIT były astronauta Laurence Young testuje wirówkę, która przypomina nieco wizję z filmu "2001. Odyseja Kosmiczna". Ludzie leżą w niej na boku, na platformie, popychając inercjalną konstrukcję, która się obraca. Inne obiecujące rozwiązanie to kanadyjski projekt Lower Body Negative Pressure (LBNP). Urządzenie samo w sobie tworzy balast wokół talii człowieka, wywołując uczucie ciężaru na dolnej części ciała.
Częstym zagrożeniem zdrowotnym na ISS są drobne obiekty unoszące się w kabinach. Trafiają do oczu astronautów i powodują otarcia. Nie jest to jednak najgorszy problem z oczami w przestrzeni kosmicznej. Nieważkość powoduje zmiany kształtu gałki ocznej i wpływa na pogorszenie wzroku. To poważna kwestia, której nie udało się jeszcze sprostać.
Zdrowie generalnie staje się na statku kosmicznym skomplikowanym problemem. Jeśli przeziębimy się na Ziemi, zostajemy w domu i tyle. W środowisku gęsto upakowanym, zamkniętym, pełnym recyrkulowanego powietrza i wielokrotnie dotykanych wspólnych powierzchni, w którym trudno porządnie się umyć, wszystko wygląda zupełnie inaczej. Ludzki system odpornościowy nie działa wówczas dobrze, więc aby chronić się przed chorobami, członkowie misji na kilka tygodni przed wyjazdem są izolowani. Nie wiemy dokładnie dlaczego, ale w przestrzeni kosmicznej bakterie stają się bardziej niebezpieczne. Ponadto, jeśli kichasz w kosmosie, wszystkie kropelki wychodzą prosto na zewnątrz i lecą dalej. Gdy ktoś ma grypę, każdy na pokładzie będzie ją miał. A droga do przychodni czy szpitala daleka.
Kolejnym wielkim problemem podróży kosmicznych jest kompletny brak komfortu życia. W zasadzie pozaziemskie wyprawy polegają póki co na przemierzaniu bezkresnej próżni w szczelnie zamkniętym pojemniku, w którym przy życiu utrzymują załogę maszyny przetwarzające powietrze i wodę. Niewiele jest tam miejsca, a żyje się w ciągłym lęku przed promieniowaniem i mikrometeorytami. Jeśli jesteśmy daleko od jakiejkolwiek planety, za oknem nie ma żadnych widoków, tylko głęboka czerń przestrzeni kosmicznej.
Naukowcy szukają pomysłów na to, jak urozmaicić tę straszną monotonię. Jednym z nich jest wirtualna rzeczywistość, w której astronauci mogliby spędzać czas. Rzecz skądinąd znana, choć pod inną nazwą, z powieści Stanisława Lema.
Windą taniej?
Podróż kosmiczna to niekończące się pasma ekstremów, na które narażani są ludzie i sprzęt. Z jednej strony zmagania z grawitacją, przeciążeniami, promieniowaniem, gazami, toksynami i żrącymi substancjami. Z drugiej, elektrostatyczne wyładowania, kurz, zmieniające się błyskawicznie temperatury po obu stronach skali. Na dodatek cała ta zabawa jest koszmarnie droga.
Dziś potrzeba ok. 20 tys. dolarów, aby wysłać kilogram masy na niską orbitę ziemską. Największa część tych kosztów jest związana z projektowaniem i działaniem systemu startowego. Częste i długotrwałe misje wymagają znacznych ilości materiałów eksploatacyjnych, paliwa, części zamiennych, zapasów. W przestrzeni kosmicznej naprawa i konserwacja systemu są drogie i trudne.
Pomysłem na finansową ulgę, przynajmniej w części, jest koncepcja windy kosmicznej, łączącej określony punkt na naszym globie ze stacją docelową umieszczoną gdzieś w przestrzeni wokółziemskiej. Trwający właśnie eksperyment naukowców z Uniwersytetu Shizuoka w Japonii stanowi pierwszą próbę tego rodzaju, na razie w mikroskali. W ramach projektu Space Tethered Autonomous Robotic Satellite (STARS) dwa małe satelity STARS-ME zostaną połączone kablem o długości 10 m, po którym przemieszczać się będzie małe robotyczne urządzenie. To wstępny minimodel dźwigu kosmicznego. Jeśli próba się powiedzie, można by przejść do kolejnego etapu projektu windy kosmicznej. Jej stworzenie znacząco obniżyłoby koszty transportu ludzi i przedmiotów do i z kosmosu.
Trzeba też pamiętać, że w kosmosie nie ma GPS’u a, a przestrzeń jest ogromna i nawigacja do łatwych nie należy. Deep Space Network - kolekcja macierzy antenowych w Kalifornii, Australii i Hiszpanii - to na razie jedyne pozaziemskie narzędzie nawigacyjne, jakim dysponujemy. Dosłownie wszystko, począwszy od satelitów "studenckich", a skończywszy na sondzie New Horizons, która przebija się właśnie przez pas Kuipera, opiera się na tym systemie. A ten jest przeciążony i NASA myśli o ograniczeniu jego dostępności dla mniej ważnych misji.
Powstają oczywiście pomysły na alternatywny GPS dla kosmosu. Joseph Guinn, ekspert w dziedzinie nawigacji, postanowił zaprojektować autonomiczny system, który będzie gromadził obrazy celów i pobliskich obiektów, wykorzystując ich względną lokalizację do triangulacji współrzędnych statku kosmicznego - bez konieczności kontroli naziemnej. Nazywa to w skrócie systemem pozycjonowania w głębokim kosmosie (DPS, Deep-space Positioning System).
Pomimo optymizmu przywódców i wizjonerów - od Donalda Trumpa po Elona Muska - wielu ekspertów uważa jednak, że realna perspektywa kolonizacji Marsa to nie dekady, lecz stulecia. Oficjalne daty i plany owszem są, ale niejeden realista przyznaje, że dobrze będzie, jeśli człowiek postawi stopę na Czerwonej Planecie przed rokiem 2050. A dalsze ekspedycje załogowe to na razie czysta fantastyka. Trzeba przecież, oprócz wyżej opisanych kwestii, przezwyciężyć jeszcze jeden koronny problem - brak napędu do naprawdę szybkich podróży kosmicznych.
