Przestrzeń nie potrzebuje skrzydeł
Planów, prototypów i eksperymentalnych lotów maszyn zbudowanych z założeniem, że będą samolotami kosmicznymi, w historii astronautyki było bez liku. Ale w rzeczywistości tylko dwa projekty weszły do regularnej służby. Oprócz wahadłowców tylko ściśle tajny Boeing X-37B (1). I tylko ta maszyna na służbie pozostała. Pomijając, że niewiele o niej wiadomo, trudno ja nazwać samolotem kosmicznym na miarę marzeń ukształtowanych przez wyobraźnię zasilaną literaturą i filmem science fiction.
Jeśli chodzi o spory definicyjne, czyli co nazwać samolotem kosmicznym a co nie zasługuje na te nazwę, to pamiętajmy, że nawet w rozwiązaniach, które skłonni jesteśmy uznać za kosmiczne samoloty, wciąż polegamy na rakietach, które wystrzeliwały w kosmos zarówno promy kosmiczne, jak X-37B i wiele innych projektowanych dopiero konstrukcji.
Z kolei samolot startujący z pasa startowego Space-ShipOne, który już 2004 roku przekroczył umowną granicę przestrzeni kosmicznej na wysokości 100 km, wykorzystuje, podobnie jak jego kolejna wersja SpaceShipTwo, samolot wynoszący, z którego grzbietu odrywa się na dużej wysokości. Czy ten dość złożony system ostatecznie również wykorzystujący rakietę w samolocie suborbitalnym, ale z zastosowaniem skrzydlatych maszyn to definicyjnie poprawny "samolot kosmiczny"?
Pomysł ze stuletnią historią
Historia idei kosmicznego samolotu jest dłuższa niż wiek. Rosyjsko-radziecki pionier lotów kosmicznych Friedrich Zander zaprojektował w 1911 roku międzyplanetarny samolot kosmiczny ze skrzydłami, które miały się spalić podczas wznoszenia. W latach 30. XX wieku austriacki inżynier Eugen Sänger wpadł na pomysł napędzanego rakietami bombowca suborbitalnego, który miałby zbombardować Nowy Jork. Na szczęście Niemcy nigdy go nie wyprodukowali.
W latach 50. projektant rakiet Wernher von Braun przedstawił swoją wizję "rakiety ze skrzydłami" w magazynie "Collier’s", a Siły Powietrzne USA odkurzyły pomysł Sängera. Projekt Boeinga X-20 Dyna-Soar został anulowany na rzecz programu Ge-mini. Tajne projekty radzieckie również kończyły się niepowodzeniem. Na przykład MiG-105 był załogowym pojazdem testowym opracowanym na potrzeby radzieckiego planu budowy samolotu kosmicznego. Pierwszy lot odbył się w 1976 roku, ale Eksperymentalny Pasażerski Samolot Orbitalny (Epos), jak nazwano projekt, został ostatecznie anulowany dwa lata później.
Zainicjowanie przez USA programu wahadłowców motywowało innych. Zainspirowany promami NASA, radziecki Buran odbył jeden lot bez załogi w 1988 roku, zanim program został anulowany. Plany europejskich i japońskich samolotów kosmicznych pozostały tylko planami.
Do starej rywalizacji USA–ZSRR/Rosja dołączyli z czasem inni konkurenci. Według publikowanych w internecie wizualizacji wystrzelony we wrześniu 2020 roku przez Chiny "samolot kosmiczny" wielokrotnego użytku miałby być podobny do Boeinga X-37B, ale jak to zwykle bywa w przypadku chińskich projektów, zwłaszcza tych militarnych, nic pewnego nie wiadomo. Eksperci uważają, że Chiny mogą mieć aż siedem projektów załogowych i bezzałogowych samolotów kosmicznych w fazie rozwoju.
Dawniejsze wizualizacje projektu Europejskiej Agencji Kosmicznej Space Rider pokazywały możliwość lądowania na pasie lotniskowym po powrocie z misji (2). Jednak obecnie z opisów wynika, że powrót odbywać się będzie za pomocą opadania na spadochronie, co właściwie wyklucza statek z kategorii samolotów. Byłby to po prostu statek kosmiczny wielokrotnego użytku. Pierwszy testowy lot zaplanowany jest na 2023 r.
Także Indie, które są pełne ambicji kosmicznych, zapowiadają, iż jeszcze w tym dziesięcioleciu rozpoczną budowę własnego minisamolotu kosmicznego.
Miał być rakietoplan - jest dron
Mimo słabych wyników wahadłowca, USA nie prze-stały rozważać projektów samolotu kosmicznego wielokrotnego użytku. Pochodzący z lat 90. futurystyczny Lockheed Martin X-33 lub Venture Star został anulowany w zaawansowanym stadium z powodu problemów technicznych. Wciąż nie ustawały plotki o ściśle tajnych programach. Z nich zapewne wywodzi się bezzałogowy Boeing X-37B.
W maju 2017 r. Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności (DARPA) po ponad roku planowania w końcu wybrała koncern, który urealni projekt futurystycznego rakietoplanu w ramach projektu XS-1 (3), czyli maszyny łączącej możliwości samolotu i rakiety. Spośród kilku firm, takich jak Masten Space Systems-XCOR Aerospace czy Northrop Grumman i Virgin Galactic, DARPA wybrała Boeinga, który będzie realizował to przedsięwzięcie wraz z firmą należącą do szefa Amazona, czyli Blue Origin. Ma to być lekki, bezzałogowy statek zdolny do częstych lotów na orbitę okołoziemską z ładunkiem o masie do 1,8 tony.
Ma startować dzięki własnym silnikom Aerojet Rocketdyne AR-22, wynosić ładunek w kosmos i później również sam lądować na ziemi. W tym celu ma on mieć docelowo dwusegmentową strukturę pozwalającą na samodzielny lot w kosmos i odłączaną z ładunkiem z pewnego pułapu w atmosferze. XS-1 ma również być zdolny do odbywania codziennych lotów na przestrzeni 10 dni. Boeing ma za zadanie jak najszybciej przygotować prototyp maszyny. Agencja chce, aby loty na orbitę kosztowały nie więcej niż 5 milionów dolarów. Rakietoplan miał wejść do służby już w roku 2020, ale jak dotąd nic nie wiadomo tym programie.
W 2020 usłyszeliśmy za to ponownie o innym podobnym, przynajmniej w pierwotnych założeniach, projekcie firmy Aevum, która po raz pierwszy przedstawiła koncept Ravn w połowie 2018 r. Pojazd o nazwie Ravn miał być bezzałogowym rakietoplanem, zdolnym do lotów w kosmos nawet co trzy godziny. Zaprezentowany w grudniu ub. roku Ravn X okazał się dużym dronem o masie 25 ton i rozpiętości skrzydeł ponad 18 m, który ma latać na wysokość 18 kilometrów i wystrzeliwać stamtąd satelity na niskie orbity za pomocą rakiet. Do "samolotu kosmicznego" to jeszcze mu trochę brakuje, a dokładniej, 82 kilo-metry pułapu lotu.
Skylon to odległa przyszłość
Od kilku lat piszemy o wspieranym przez amerykańską agencję DARPA projekcie Skylon (4), rozwijanym przez brytyjską firmę Reaction Engines. Ta została założona przez inżynierów Alana Bonda, Richarda Varvilla i Johna Scotta w 1989 roku po anulowaniu brytyjskiego projektu samolotu kosmicznego Hotol. Jej celem było stworzenie ultraszybkiego i wygodnego, bo latającego jednoetapowo samolotu kosmicznego wraz z silnikiem, który miał go napędzać.
Do napędu maszyny służyć ma SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine), silnik zaprojektowany również przez Reaction Engines, który ma działać zarówno w atmosferze, jak i próżni. Będzie napędzany ciekłym wodorem, utleniacz w początkowej fazie lotu będzie stanowiło powietrze z atmosfery (jak w zwykłych silnikach odrzutowych), natomiast od wysokości 26 km (gdzie statek osiągnie prędkość 5 Ma, pięciokrotność prędkości dźwięku) - ciekły tlen.
W październiku 2019 roku badaczom pracującym nad projektem udało się osiągnąć prędkość 5 Mach. Chłodnica wstępna z powodzeniem "zgasiła" powietrze wpływające do maszyny o temperaturze ponad 1000°C w czasie krótszym niż 1/20 sekundy. Jak się szacuje, na pierwsze testy prototypów silników poza laboratorium zaczekać trzeba będzie jeszcze co najmniej dziesięć lat. Jednak, według komunikatów firmy, innowacyjna technika zarządzania ciepłem, która powstała podczas prac w projekcie Skylon, znajdzie zastosowanie w innych dziedzinach, na przykład, samochodach elektrycznych, w których nowe wydajne lekkie wymienniki ciepła mogą podnieć szybkość i wydajność ładowania akumulatorów.
Na razie zresztą mówimy o zbudowaniu silnika. Konstrukcja maszyny latającej to inna sprawa. W tej sprawie Reaction Engines współpracuje z "różnymi zainteresowanymi stronami", które mogłyby zbudować samolot kosmiczny. W 2020 roku firma nawiązała z ESA współpracę nad bardziej konserwatywną koncepcją dwustopniowego pojazdu, który miałby zostać wystrzelony z Gujany Francuskiej w następnej dekadzie.
Często uważa się, że na obecnym etapie rozwoju techniki kosmicznej sama idea pierwotnie przyświecająca projektom samolotów kosmicznych nieco się zdezaktualizowała. Chęć zaoszczędzenia na kosztach misji kosmicznych przez powrót statku kosmicznego z powrotem na Ziemię w tej chwili nie ma już silnego uzasadnienia, ponieważ satelity i statki są dziś znacznie tańsze w budowie, bardziej trwałe i, szczerze mówiąc, jednorazowe z natury.
Konstelacja satelitów Starlink firmy Space X wykorzystuje tysiące masowo produkowanych niewielkich satelitów, aby zapewnić dostęp do internetu całemu światu. Mają wykonywać swoją misję przez określony czas, a potem w całości spalić się w atmosferze. Rakiety, które je wynoszą, a ściśle mówiąc, ich najdroższe główne człony, lądują pionowo na Ziemi i są ponownie używane. W tej ekonomii lotów kosmicznych samoloty orbitalne nie są potrzebne.
Zwłaszcza że ich budowa wiąże się z kosztownymi wyzwaniami technologicznymi. Potrzebne są materiały, które są wystarczająco wytrzymałe i lekkie, aby przetrwać częste podróże powrotne w kosmos, a do tego dochodzi problem integracji dwóch lub trzech różnych rodzajów napędów potrzebnych na różnych etapach lotu.
Wygląda na to, że zdrowy rozsądek i ekonomia mówią samolotom kosmicznym - nie. Zostaje tylko marzenie, by "było tak na filmach", gdzie widzimy uskrzydlone maszyny, śmigające szybko i wygodnie w kosmos.
Mirosław Usidus
