Czy i kiedy człowiek zrobi dwa kroki dalej w kosmosie?
Do klubu kosmicznych mocarstw, które wysłały człowieka w przestrzeń pozaziemską (nie mylić z lotem obywatela danego państwa pod obcą banderą), należą wciąż tylko USA, Rosja i Chiny. Wkrótce mają do tego grona dołączyć Indie.
Premier Narendra Modi uroczyście ogłosił, że jego kraj planuje przeprowadzić do 2022 r. załogowy lot orbitalny, być może na pokładzie projektowanego statku Gaganyaan (1). Media donosiły ostatnio także o pierwszych pracach nad nowym rosyjskim statkiem Federacja, który ma latać dalej niż Sojuzy (jego nazwa ma zostać zmieniona na "bardziej odpowiednią", pomimo że obecną wybrano w ogólnokrajowym konkursie). O nowej chińskiej kapsule załogowej niewiele wiadomo - poza tym, że już w 2021 r. ma odbyć testowy lot, choć prawdopodobnie jeszcze bez ludzi na pokładzie.
Jeśli idzie o dalekosiężny cel misji załogowych, to dla NASA jest nim Mars. Agencja planuje na bazie stacji Gateway (tzw. Bramy) stworzyć na orbicie Księżyca kompleks Deep Space Transport (DST). Złożony z kapsuł Orion, habitatów i niezależnych modułów napędowych, docelowo miałby być przemieszczony na orbitę Marsa (2), choć to akurat jeszcze dość odległa przyszłość.
Nowa generacja statków kosmicznych
Do dalekich podróży kosmicznych trzeba mieć nieco lepsze pojazdy niż obowiązujące obecnie ciasne kapsuły transportujące na LEO (niską orbitę wokółziemską). Zaawansowane są prace nad amerykańskim statkiem Orion (3), budowanym na zlecenie NASA przez firmę Lockheed Martin. Kapsuła Orion w bezzałogowej misji EM-1, planowanej na 2020 r., ma być wyposażona w moduł napędowy dostarczony przez europejską agencję ESA.
Orion ma przede wszystkim służyć do budowy i dostarczania załóg do wokółksiężycowej stacji Gateway, która wg zapowiedzi będzie międzynarodowym przedsięwzięciem - nie tylko USA, ale również Europy, Japonii, Kanady i być może także Rosji.
Prace nad nowymi statkami kosmicznymi idą niejako dwoma nurtami.
Jeden polega na budowaniu kapsuł do obsługi stacji orbitalnych, takich jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna ISS czy jej przyszły chiński odpowiednik. Właśnie do tego mają służyć w przypadku USA prywatne konstrukcje Dragon 2 firmy SpaceX oraz CST-100 Starliner Boeinga, w przypadku Chińczyków Shenzhou, a Rosjan - Sojuzów.
Drugi typ ma realizować misje poza orbitę wokółziemską, czyli w kierunku Księżyca, a docelowo także Marsa. Przeznaczony wyłącznie do lotów BEO (Beyond Earth Orbit, czyli poza orbitę wokółziemską) będzie wspomniany Orion. Podobnie - rosyjska Federacja, o czym informował ostatnio Roskosmos.
W odróżnieniu od dotychczas używanych kapsuł, które były jednorazowe, producenci jak jeden mąż deklarują, że przyszłe statki będą już do wielokrotnego wykorzystania. Każdy z nich zostanie wyposażony w moduł napędowy, w którym znajdzie się zasilanie, silniki manewrowe, paliwo itd. Same kapsuły też są już masywniejsze, gdyż wymagają bardziej efektywnych osłon przed promieniowaniem. Statki przeznaczone do misji BEO mają być wyposażane w większe moduły napędowe, gdyż potrzebują więcej paliwa, mocniejszych silników, a także większej wymienności systemów.
2033 na Marsa? To może się nie udać
We wrześniu ub. roku agencja NASA ogłosiła szczegółowy Krajowy Plan Eksploracji Przestrzeni Kosmicznej (National Space Exploration Plan). Ma on umożliwić osiągnięcie wzniosłych celów prezydenta USA Donalda Trumpa, określonych w jego dyrektywie w sprawie polityki kosmicznej z grudnia 2017 r. Te śmiałe zamiary obejmują: zaplanowanie załogowego lądowania na Księżycu, długoterminowe rozmieszczenie na nim i wokół niego ludzi, wzmocnienie prywatnych firm kosmicznych, znalezienie sposobu na przetransportowanie amerykańskich astronautów na Marsa oraz ogólnie - umocnienie prymatu Stanów Zjednoczonych w przestrzeni pozaziemskiej.
Analitycy z NASA opisali postulowaną przyszłość w 21-stronicowym raporcie, określając ramy czasowe realizacji każdego z celów. Wszelkie przewidywania cechują się w nim jednak elastycznością i mogą ulec zmianie, jeśli plan napotka na przeszkody lub badania dostarczą nowych danych. NASA planuje np. poczekać ze sporządzeniem projekt budżetu marsjańskiej misji załogowej do otrzymania wyników misji Mars 2020, podczas której kolejny łazik będzie zbierał i analizował próbki na powierzchni Czerwonej Planety. Sama wyprawa załogowa miałaby odbyć się w latach 30., a najlepiej - do roku 2033.
Stworzony na zamówienie NASA, ale niezależny raport Instytutu Polityki Naukowo-Technologicznej (STPI - Science and Technology Policy Institute), opublikowany w kwietniu 2019 r., wykazuje, że wyzwania technologiczne związane z budową stacji Deep Space Transport, która miałaby zabrać astronautów na Marsa i z powrotem, oraz z wieloma innymi elementami planu wyprawy na Marsa, stawiają pod poważnym znakiem zapytania możliwość realizacji celu już w 2033 r.
Raport, ukończony jeszcze przed głośnym przemówieniem Mike’a Pence’a z 26 marca br., w którym wiceprezydent USA niemal nakazał NASA ponownie umieścić ludzi na Księżycu do roku 2024, zdradza, ile może kosztować powrót na Księżyc i co to oznacza w kontekście długoterminowych planów wysłania załogi na Marsa.
Instytut STPI brał pod uwagę korzystanie z rozwijanych obecnie programów, lądowników księżycowych a potem marsjańskich, Oriona i projektowanej Bramy, która ma powstać w latach 20. Z raportu wynika, że wszystkie te prace potrwają zbyt długo, aby zakończyć je na czas. Co więcej, kolejne okno startowe, w 2035 r., zostało również uznane za nierealne.
"Stwierdzamy, że nawet bez ograniczeń budżetowych misja orbitalna Mars 2033 nie może być przeprowadzona zgodnie z aktualnymi i hipotetycznymi planami NASA", czytamy w dokumencie STPI. "Nasza analiza sugeruje, że mogłaby ona zostać przeprowadzona nie wcześniej niż w 2037 r., przy założeniu niezakłóconego rozwoju technologicznego, bez opóźnień w harmonogramie, przekroczenia kosztów i ryzyka braku środków budżetowych".
Jak wynika z raportu STPI, chcąc wystartować na Marsa w 2033 r. trzeba by do 2022 r. przejść testy technologii krytycznych, co jest mało prawdopodobne. Studia nad "fazą A" projektu Deep Space Transport należałoby rozpocząć już w roku 2020, co również nie wydaje się wykonalne, skoro nie rozpoczęły się jeszcze nawet analizy kosztów całego przedsięwzięcia. Raport ostrzega też, że próba przyspieszania harmonogramów przez odejście od standardowych praktyk NASA doprowadzi do stworzenia ogromnego ryzyka w realizacji założonych celów.
STPI oszacował również budżet przeprowadzenia misji na Marsa w "realistycznym" terminie - 2037 r. Całkowity koszt stworzenia wszystkich potrzebnych elementów - w tym ciężkiej rakiety nośnej Space Launch System (SLS), statku Orion, stacji Gateway, DST oraz innych elementów i usług - określono na 120,6 mld dolarów, liczonych do roku 2037. Z tej sumy 33,7 mld wydano już na rozwój systemów SLS i Orion oraz związanych z nimi systemów naziemnych. Warto dodać, że misja marsjańska jest częścią ogólnego programu lotów kosmicznych, którego całkowite koszty do roku 2037 szacuje się na poziomie 217,4 mld dolarów. Obejmuje to wysłanie ludzi na Czerwoną Planetę, jak również operacje na niskiej orbicie Ziemi oraz rozwój systemów powierzchniowych Marsa potrzebnych do przyszłych misji.
Szef NASA Jim Bridenstine w przemówieniu wygłoszonym 9 kwietnia, na 35. sympozjum kosmicznym w Colorado Springs, nie wyglądał jednak na zrażonego nowym raportem. Wyraził wręcz entuzjazm dla przyspieszonego harmonogramu księżycowego Pence’a. Jego zdaniem prowadzi on prosto na Marsa.
- Księżyc jest polem doświadczalnym. To dla nas najlepsze miejsce do życia i pracy w innym świecie niż Ziemia, które ostatecznie pozwoli nam polecieć na Marsa - powiedział.
Chiny: marsjańska baza na Pustyni Gobi
Także Chińczycy mają swoje marsjańskie plany, choć tradycyjnie nic nie wiadomo o nich dokładnie, a już na pewno nie są znane żadne harmonogramy misji załogowych. W każdym razie chińska przygoda z Marsem rozpocznie się w przyszłym roku.
Wówczas zostanie wysłana misja, w ramach której w 2021 r. powierzchnię tej planety będzie badał pierwszy chiński łazik marsjański, HX-1. Lądownik i łazik wyruszą na te wyprawę wyniesieni przez rakietę Długi Marsz 5. Po przybyciu na miejsce łazikowy robot ma rozejrzeć się po okolicy i wybrać odpowiednie miejsca do pobrania próbek. Gdy to już się stanie, bardzo ciężka rakieta nośna Długi Marsz 9 (dopiero projektowana) wyśle tam kolejny lądownik z kolejnym łazikiem, którego robot pobierze próbki, dostarczy je na rakietę, ta zabierze je na orbitę i cały ekwipunek wróci na Ziemię. Wszystko to ma odbyć się do roku 2030. Do tej pory żadnemu krajowi nie udało się przeprowadzić takiej misji. Jak łatwo się jednak domyślić, testy powrotu z Marsa to wstęp do programu wysłania tam ludzi.
Chińczycy przeprowadzili swoją pierwszą załogową misję pozaziemską dopiero w roku 2003. Od tego czasu zdążyli już zbudować zalążek własnej stacji na orbicie i wysłać w kosmos sporo statków, a na początku tego roku po raz pierwszy w historii kosmonautyki miękko wylądowali na niewidocznej stronie Księżyca.
Zapowiadają teraz, że nie poprzestaną ani na naszym naturalnym satelicie, ani nawet na Marsie. W trakcie lotów na te obiekty odbędą się również misje na planetoidy oraz na Jowisza, największą planetę Układu Słonecznego. Chińska Narodowa Agencja Kosmiczna CNSA (China National Space Administration) planuje pojawienie się tam w roku 2029. Wciąż trwają też prace nad wydajniejszym napędem dla rakiet i statków. Miałby to być napęd jądrowy nowej generacji.
Aspiracje Chin symbolizują takie obiekty testowe, jak otwarta w kwietniu tego roku błyszcząca, futurystyczna baza kosmiczna Mars Base 1 (4), która znajduje się w samym środku pustyni Gobi. Ma demonstrować odwiedzającym, jak mogłoby wyglądać życie ludzi na Marsie. Budowla ma srebrną kopułę i dziewięć modułów, w tym pomieszczenia mieszkalne, sterownię, szklarnię i śluzę powietrzną. Na razie przywożone są tam wycieczki szkolne.
Krzepiący test bliźniaków
Dalsze misje załogowe nie miały w ostatnich latach dobrej prasy ze względu na koszty i zagrożenia, jakie czyhają w przestrzeni kosmicznej na istoty biologiczne. Zaczęto przebąkiwać, czy w ogóle nie powinniśmy scedować eksploracji planet i odległego kosmosu na roboty. Nowe dane naukowe dodają jednak ludziom nieco otuchy.
Za zachęcające z punktu widzenia perspektywy załogowych wypraw uznano wyniki przeprowadzonego przez NASA eksperymentu z "bratem bliźniakiem w kosmosie". Astronauci Scott i Mark Kelly (5) wzięli udział w teście, którego celem było odkrycie długofalowego wpływu przestrzeni kosmicznej na organizm ludzki. Przez prawie rok bliźniacy przeszli te same badania medyczne - jeden na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, a drugi na Ziemi. Opublikowane niedawno wyniki pokazują, że rok w kosmosie ma znaczący, ale niezagrażający życiu wpływ na organizm ludzki, dając nadzieję, że w przyszłości możliwa jest podróż na Marsa.
W ciągu roku Scott zbierał wszelkie rodzaje danych medycznych o swoim organizmie. Pobierał krew, mocz i robił testy poznawcze. Na Ziemi jego brat wykonywał dokładnie to samo. W 2016 r. Scott wrócił na Ziemię, gdzie naukowcy badali go przez kolejne dziewięć miesięcy. Teraz, cztery lata po rozpoczęciu eksperymentu, opublikowali pełne wyniki.
Po pierwsze, wynika z nich, iż w chromosomach Scotta pojawiły się oznaki uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem. Może to prowadzić do chorób takich jak nowotwory.
Rok w kosmosie aktywował też jednak tysiące genów związanych z układem odpornościowym, co na Ziemi może się zdarzyć tylko w ekstremalnych środowiskach. Kiedy wpadamy w sytuacje stresowe, odnosimy ciężkie urazy, albo chorujemy, odpowiedź immunologiczna zaczyna działać.
Przyglądano się również strukturom w komórkach bliźniaków, zwanym telomerami. Są to "czapki" na końcach chromosomów, które pomagają chronić nasze DNA przed uszkodzeniem, a w miarę upływu czasu lub stresu kurczą się. Ku zaskoczeniu badaczy, telomery Scotta w przestrzeni nie były krótsze, lecz znacznie dłuższe. Po powrocie na Ziemię, w ciągu 48 godzin, znów stały się krótsze, a po sześciu miesiącach ponad 90% aktywowanych genów odpornościowych zostało wyłączonych. Po dziewięciu miesiącach w chromosomach było mniej uszkodzeń, co oznacza, że żadna z zaobserwowanych wcześniej przez badaczy zmian nie zagrażała życiu.
- Spędziwszy rok w mikrograwitacji, mogę powiedzieć, że Mars wydaje się zdecydowanie w naszym zasięgu - powiedział Scott w jednym z wywiadów.
- Stopień plastyczności ludzkiego ciała okazuje się zdumiewający.
Susan Bailey, badaczka z Uniwersytetu Stanowego w Kolorado, uważa, że ciało Scotta zareagowało na stan napromieniowania mobilizacją komórek macierzystych. Odkrycie to może pomóc naukowcom zaprojektować medyczne środki zaradcze na skutki podróży kosmicznych. Badaczka nie wyklucza nawet, że pewnego dnia doprowadzi wręcz do znalezienia metod przedłużania życia na Ziemi.
Czyżby więc długie podróże kosmiczne miały pomóc w wydłużaniu naszego życia? Byłaby to dość zaskakująca konsekwencja programu kosmicznej eksploracji.
