Przygoda z rakietami meteorologicznymi zaczęła się dosyć... kosmicznie. W połowie lat 50., gdy szalał komunistyczny terror, Jacek Walczewski, dwudziestokilkuletni inżynier mechanik po Akademii Górniczo-Hutniczej i Politechnice Łódzkiej, zaczął dobijać się do drzwi różnych instytucji rządowych z propozycją wystrzeliwania rakiet meteorologicznych.

– To była wtedy nowość, zajmowali się tym Rosjanie, Amerykanie. Uważałem, że także my powinniśmy spróbować – mówi Walczewski. Zapewne nikt nie potraktowałby go poważnie, gdyby nie znany krakowski astronom Kazimierz Kordylewski, który w 1956 roku utworzył Polskie Towarzystwo Astronautyczne. Dzięki Kordylewskiemu Walczewski wyjechał do Niemiec, gdzie spotkał się m.in. z twórcą niemieckich badań rakietowych Saengerem. – Z trójki, która tam wyjechała, wrócił tylko Jacek i tym mi zaimponował, że miał taki zapał do pracy – wspomina późniejsza żona Walczewskiego, Marta.

Rakiety – poważny temat

Powrót zaskoczył chyba także władze, bo Walczewskiego przyjął dowódca Wojsk Lotniczych gen. Jan Frey-Bielecki. – We wszystkich krajach badania stratosfery prowadziło wojsko, bo im potrzebne są dane o sile i kierunkach wiejących tam wiatrów. Przekonałem Freya-Bieleckiego, że dla Polski też to ma znaczenie – wyjaśnia Walczewski. – Bielecki pomógł nam. Przekazał paliwo rakietowe, ale nie narzucał żadnych terminów. Chciał zobaczyć, co z tego wyjdzie – dodaje Walczewski, który z kolegą z Sekcji Technicznej PTA pojechał do jednostki pod Białymstokiem po paliwo rakietowe ze zdemontowanych pocisków wojskowych. – To były rurki twardej substancji, długie na 40–50 cm o średnicy ok. 5 cm. Wszystko czekało na nas zapakowane w papier. Wzięliśmy pakunki pod pachę i pociągiem wróciliśmy do Krakowa – opisuje transport. Paliwo przechowywał w domu, potem w poaustriackim forcie Barycz.

Prace nad rakietami meteorologicznymi udało się umieścić w AGH, gdzie 3 grudnia 1957 roku powstała Komórka Techniki Rakietowej i Fizyki Atmosfery przy Katedrze Silników Cieplnych. Tam zatrudnili się Walczewski i Leszek Dubiński. – Wzorowaliśmy się na japońskim programie i zaczęliśmy od bardzo małych rakiet o masie 4,35 kg – wspomina Walczewski. Pierwsza, doświadczalna rakieta meteorologiczna, oznaczona RM-1, wzbiła się w powietrze 10 października 1958 roku.

– Strzelaliśmy ją na Pustyni Błędowskiej, która była wtedy poligonem wojskowym. Uczyliśmy się konstrukcji rakiet, organizacji lotów, metod pomiaru pułapu lotu, a także współpracy z wojskiem przy wykorzystaniu poligonów oraz stacji radarowych. Wtedy zdecydowaliśmy się na dwustopniowe rakiety z grotem, oddzielającym się po zakończeniu pracy silnika. Grot zawierał dipole, które łatwo można było obserwować na ekranach radarów. Dipole też dostaliśmy od wojska, bo miał je każdy bombowiec i wysypywał w razie namierzenia przez wrogie radary, żeby zakłócić ich pracę. Były to metalizowane, 5-centymetrowe odcinki włókna szklanego – tłumaczy Walczewski.

Jego skromny zespół przygotował i przetestował trzy typy rakiet i tempa prac nie zmniejszyły nawet zmiany organizacyjne – na koniec 1959 roku została rozwiązana komórka w AGH, którą przejął Zakład Geofizyki PAN i ostatecznie 1 kwietnia 1961 roku trafiła do Państwowego Instytutu Hydrologiczno-Meteorologicznego w postaci samodzielnej Pracowni Rakietowych Sondowań Atmosfery. Jej kierownikiem został Walczewski.

Wspomina, że w tym czasie oba mocarstwa przeprowadzały w atmosferze nawet po sto prób bomb atomowych rocznie. – Stratosferyczne wiatry przenosiły radioaktywne chmury pyłów, więc niebezpieczeństwo skażenia było realne – wyjaśnia. Wojsko stwierdziło, że prace mogą być przydatne, i zarządziło, że stratosferyczne rakiety przygotuje Instytut Lotnictwa (IL). PIHM podpisał stosowną umowę 28 września 1962 roku. Rakiety stawały się poważnym tematem.

Walczewski z zespołem przygotowali założenia dla IL, sami kontynuowali swoje prace nad rakietami RM. – Ministerstwo Łączności wpadło na pomysł, że rakietami można przesyłać wiadomości lub żywność ludziom odciętym od świata podczas powodzi, więc zbudowaliśmy rakiety przesyłowe (RP). Wystrzeliliśmy nawet dwie myszy, które dobrze zniosły lot – opisywał próby Walczewski.

Łącznie do 1967 roku pracownia wypróbowała 15 rakiet RM i RP. Od 1961 roku testowała także Rakiety Sztucznej Kondensacji (RASKO), które likwidowały chmury gradowe i mogły chronić uprawy przed zniszczeniem. Do czerwca 1973 roku wypróbowano głównie na krakowskim lotnisku Pobiednik 41 takich rakiet, ale Ministerstwo Rolnictwa nie było nimi zainteresowane.

Przełożony ślub

Tymczasem w Instytucie Lotnictwa pod kierownictwem Jerzego Haraźnego kilkadziesiąt osób konstruowało pierwszą w Polsce rakietę stratosferyczną Meteor I. Pracownicy IL mieli już rakietowe doświadczenie, bo od wczesnych lat 50. Instytut Lotnictwa zbudował rakiety ZZ (ziemia-ziemia) o zasięgu do 30 km i nośności 120 kg, rakiety Stella do skracania startu samolotów oraz rakiety przeciwpancerne Diament. Żadna z nich nie weszła do produkcji.

Taka szansa otwierała się przed Meteorem I. Rakieta miała budowę podobną do RM z grotem, lecz była siedem–osiem razy cięższa (ważyła 32,5 kg) i wzlatywała na osiem razy wyższy pułap – mogła dolecieć na wysokość 36–38 km i tam z grota wystrzelić chmarę dipoli. Konstruktorzy zastosowali paliwo stałe jako mniej skomplikowane od ciekłego. Taką rakietę po wyprodukowaniu można przechowywać przez kilka lat.

Paliwo skonstruowali Franciszek Ziółkowski oraz Jerzy Szmajda z Instytutu Przemysłu Organicznego na warszawskim Annopolu. Była to mieszanina nitrocelulozy oraz nitrogliceryny, która była utleniaczem. Wybór rodzaju paliwa narzucił wymiary silnika. Zakład w Jaśle produkował ładunki napędowe. Prasy tej fabryki wyciskały rurowe profile o średnicy do 12 cm. Właśnie takiej wielkości był 25-kilogramowy ładunek napędowy Meteora I.

Największą trudnością w konstrukcji silnika rakietowego jest zapewnienie stałego ciągu, a więc równomiernego spalania paliwa, które płonie na całej długości ładunku. Prędkość spalania zależy od materiału oraz kształtu ładunku. W IL testowano go w komorze balistycznej, czyli solidnej rurze o grubości ścianki 2 cm. Rakiety musiały niezawodnie funkcjonować zarówno przy 30-stopniowym mrozie, jak i 40-stopniowym upale, a paliwo jest czułe na temperatury. Dla testów w IL zbudowano zamrażarkę chłodzoną suchym lodem, w której mrożono długie nawet na 4 m rakiety. Silniki skonstruowane przez Adama Obidzińskiego i Czesława Drożnego okazały się bardzo niezawodne i wypychały meteora na założoną wysokość. IL przeprowadził w latach 1963–1965 serię trzydziestu prób, w tym część na Pustyni Błędowskiej, resztę w Ustce. W 1965 roku po wystrzeleniu kolejnych 12 rakiet PIHM zaaprobował konstrukcję. W tym samym roku wystrzelił pierwszych sześć rakiet z dipolami.

– Strzelaliśmy rakiety zawsze w kierunku północno-zachodnim, o godz. 13. na wojskowym poligonie w Ustce, a celem było wykrycie momentu, kiedy wiatry stratosferyczne zmieniają kierunek o 180 stopni. Odkryliśmy, że dzieje się to na przełomie kwietnia i maja oraz sierpnia i września – wyjaśnia Walczewski. Zatrudnieni w pracowni byli tak zaangażowani w badania, że jeden z nich, fizyk Andrzej Bielak, przełożył nawet termin ślubu, aby móc wystrzeliwać rakiety. – Cywilny przyspieszyłem o dwa dni, a w „podróż poślubną" pojechałem sam do Ustki. Żona, która pracowała w tej samej pracowni, została w Krakowie i zajęła się sondażem satelitarnym – wspomina z uśmiechem. Dodaje, że cała operacja wystrzeliwania rakiety była bardzo prosta. – Na początku w kilka osób wykopywaliśmy ziemiankę i stawialiśmy szynową wyrzutnię. Stanowisko startowe łączyliśmy kablami z ziemianką, w której był punkt dowodzenia. Któregoś razu w 1967 roku sam ustawiłem rakietę na starcie, tak była lekka – wspomina fizyk. Wbrew regulaminom zespół stał obok ziemianki i oglądał start. – Meteor I huczał podobnie jak samolot odrzutowy i błyskawicznie znikał w przestworzach, trudno było nawet zrobić mu zdjęcie. Widać było tylko żółty płomień z dyszy – opisuje moment wystrzelenia.

Silniki rakiet zazwyczaj spadały do morza z prędkością bliską prędkości dźwięku i wydawały głośny, dobrze słyszalny gwizd. Wyrzucone na pułapie ponad 30 km dipole, niesione wiatrem były śledzone przez pracujące w głębi lądu wojskowe stacje radiolokacyjne. – Instytut zrobił z Meteorem I doskonałą robotę – ocenia Bielak.

W poniemieckim bunkrze

Zakład Produkcji Doświadczalnej IL seryjnie produkował Meteory I w tempie 40 sztuk rocznie. Rakieta pozwoliła konstruktorom zdobyć cenne doświadczenia, meteorologom zaś zbadać kierunki wiatrów. Chodziło jednak o zebranie danych o skażeniach atomowych i zbadanie jeszcze wyższych warstw stratosfery. Do tego była potrzebna rakieta o większej nośności.

Pod koniec 1965 roku PIHM zamówił ją i zespół Haraźnego przystąpił do prac nad rakietą Meteor II o nośności 10 kg i pułapie 70 km. – Te 10 kg to było znacznie więcej, niż potrzebowałem dla nowej sondy – zapewnia Bielak. Rakieta musiała mieć większą średnicę od meteora I, ale Jasło nie mogło zakupić większych pras, które Zachód objął embargiem. Dlatego Maria Parulska-Szmajda z kilkunastoosobowym zespołem z IPO skonstruowała paliwo złożone, podobne do stosowanego w rakietach Stella.

Paliwo meteora II składało się z nadchloranu amonu i żywicy poliestrowej. Produkował je bydgoski Zachem, który odlewał cały ładunek. Instytut przeprowadzał samodzielnie próby prędkości oraz ciśnienia spalania nowego paliwa. Antoni Jankowski, twórca silnika meteora II, badał właściwości nowego paliwa na małych ładunkach, pomniejszonych o dziesięć, a potem pięć razy w stosunku do wymiarów rakiety, której średnica wynosiła 35 cm.

Odlewanie ważącego 280 kg ładunku nie było łatwe, bo oba składniki w momencie łączenia miały konsystencję miodu, a utleniacz musiał być równomiernie rozprowadzony, aby zapewnić stałe ciśnienie spalania. Także złe dobranie kształtu ładunku mogło spowodować wahania ciśnienia spalania i rezonans. Właśnie w czasie jednego z testów w komorze balistycznej ciśnienie skoczyło z 70 do dobrze ponad 200 atmosfer. Masywna rura o dwucentymetrowych ściankach rozleciała się na drobne kawałki.

W tym samym czasie zespół Walczewskiego opracował metody śledzenia rakiety, a zespół Bielaka zajął się przygotowaniem sondy RAMZES (Rakietowy Meteorologiczny Zespół Sondujący). Ciężka rakieta wymagała porządnego zaplecza startowego i PIHM wybudował stały ośrodek badań rakietowych w Łebie, w którym zamontowano stół startowy i postawiono halę montażową. Zaprojektowane przez zespół Walczewskiego centrum sterowania lotem mieściło się w poniemieckim bunkrze. Całość została oddana do użytku w 1970 roku. Jednak zanim z Łeby wystartował meteor II, w niebo wzbił się meteor III.

Podczas konstrukcji meteora II konstruktorzy natknęli się na wiele nowych zagadnień i prace się przeciągały. Dlatego gdy obliczeniowiec Instytutu Dylewski stwierdził, że dwa meteory I ustawione jeden na drugim osiągną pułap 60 km, w 1967 roku PIHM dał pieniądze na projekt nazwany Meteor III, chociaż udźwig takiej rakiety wynosił zaledwie 0,5 kg, a trzeba pamiętać, że były to czasy przed miniaturyzacją elektroniki. W październiku 1968 roku IL wystrzelił trzy pierwsze rakiety, we wrześniu następnego cztery kolejne. Prototypy spełniły wymagania i w grudniu 1969 roku ZPD IL zbudował serię próbną meteora III dla PIHM.

Czarne chmury

Mimo tych sukcesów nad polskim programem badawczym zaczęły się zbierać burzowe chmury. W 1967 roku w Moskwie powstała Organizacja Krajów Socjalistycznych Interkosmos, która miała scentralizować w ramach obozu socjalistycznego badania meteorologiczne.

Tymczasem rakiety Meteor III poszybowały na 65–70 km. – Rosjanie namierzali je swoimi radarami i znali postępy naszych prac. Musieli się nimi zaniepokoić, bo postanowili przykręcić nam śrubę. W 1969 roku PIHM nie dostał pieniędzy na konstruowanie rakiet, a Rosjanie zażądali, żebyśmy korzystali z ich rakiet M-100 – wspomina Walczewski.

W możliwości obserwacji radarowej przez Rosjan wątpi ówczesny pracownik IL oraz uczestnik prób Stanisław Siwiec. – Rakiet często nie mogło namierzyć polskie wojsko, które znało godzinę startu i miało anteny ustawione znacznie bliżej niż Rosjanie – twierdzi Siwiec. Wskazuje, że problemem był raczej duży koszt badań, które pochłaniały blisko połowę budżetu PIHM.

Programu Meteor nie pamięta ówczesny podsekretarz stanu w Ministerstwie Przemysłu Maszynowego Jan Chyliński. Wspomina jedynie, że pod koniec lat 60. w państwowej kasie zaczynało brakować pieniędzy i wiele projektów wstrzymywano. Władysław Gomułka zaplanował także likwidację przemysłu lotniczego, który według pierwszego sekretarza PZPR był deficytowy i nie przynosił krajowi korzyści.

Zapewne nie bez znaczenia dla prowadzonych w Polsce badań były także rosyjskie prace nad satelitami pogodowymi prowadzone w Naukowym Instytucie Badawczym Nr 627 od 30 października 1961 roku. Program zleciły Główna Dyrekcja Służby Hydrometeorologicznej i Ministerstwo Obrony. Trzy lata później Rosjanie wystrzelili pierwszy pogodowy sputnik Meteor, a w kolejnych trzech latach przetestowali jeszcze cztery. W latach 1967–1971 zbudowali ze sputników Meteor, Meteor-2 i Meteor-3 globalny system pogodowy, niezbędny dla lotnictwa wojskowego, marynarki oraz wojsk rakietowych.

Pierwszym skutkiem ograniczenia wydatków PIHM było zaprzestanie prac nad meteorem II, który właśnie wtedy przechodził badania w locie. Instytut zbudował tylko dziesięć prototypów do badań w locie. Pierwsze strzelania ujawniły, że ciąg meteora II, który wynosił 2400 kG, jest zbyt mały jak na rakietę ważącą 433,7 kilograma. Meteor II bardzo powoli startował i przez to był czuły na wiatr, który zniósł jedną z rakiet. Spadła ona niedaleko nadmorskiego Jarosławca. Dlatego ostatnie trzy sztuki otrzymały dodatkowo po dwa silniki Meteor I o ciągu po 1400 kG każdy, które pracowały przez ponad dwie sekundy i pomagały rozpędzić rakietę podczas krytycznej fazy startu.

Właśnie jedna z tych rakiet, oznaczonych Meteor II K, w 1970 roku doleciała na wysokość co najmniej 90 km, a więc blisko umownej granicy kosmosu, który zaczyna się od 100  kilometrów. – Może było to nawet 100 km, ale nie mogliśmy tego zmierzyć. Moja sonda spadochronowa spadała jak kamień do wysokości 60 km, gdy zwolniła w gęściejszej atmosferze i złapałem z nią kontakt – opisuje wystrzał rakiety Bielak. Inżynierowie IL mieli nadzieję na konstrukcję rakiet latających jeszcze dalej. – Po cichu polecimy na 120 km i wyżej, mawiał Haraźny – wspomina Siwiec.

Polskie rakiety w kosmos jednak nie poleciały, choć techniczne możliwości były. Podbitemu państwu nie wolno było jednak mieć takich ambicji. Nie była ich w stanie urzeczywistnić także zniszczona komunizmem gospodarka. Politycy, likwidując program sondowań rakietowych, tłumaczyli, że jest on zbyt drogi i bezużyteczny – mocarstwa zakończyły testy atomowe w atmosferze, więc znikło zagrożenie skażeniem.

Polska nie wykorzystałaby także danych o pogodzie w stratosferze. Do końca 1971 roku PIHM wystrzelił 177 rakiet Meteor I, 22 rakiety Meteor III i pięć rakiet Meteor II z dwoma rodzajami sond RAMZES badających nie tylko kierunki wiatrów, ale i temperaturę powietrza. – Zbudowaliśmy jeszcze trzy rodzaje zminiaturyzowanych sond SOMIT dla rakiet Meteor III. Wyposażyliśmy je w spadochron z folii, bo na tekstylny nie było miejsca w grocie. Meteorolodzy mieli nadzieję, że pomiary w troposferze i mezosferze podniosą jakość prognoz pogody. Nic jednak nie mogło uratować programu rakietowego – wspomina Bielak.

W kolejnych dwóch latach IL dostarczył w ramach gwarancji osiem rakiet Meteor III, z których trzy kupiło NRD. Ostatnie wystartowały z Łeby w czerwcu 1974 roku, po czym cały ośrodek i zaplecze produkcyjne zostały zadziwiająco szybko zlikwidowane – zauważył Jacek Walczewski. – Pozwolono mi zbudować sondę spadochronową, ale zakazano umieszczać ją na polskich rakietach – wspomina uczony. Dlatego po 1973 roku polskie sondy latały na rosyjskich rakietach, nazwanych MMR-06 DART. W późniejszych latach produkowały je zakłady w Tule.

Pięć krajów

W 1972 roku Walczewski wyjechał na dwa miesiące do Indii i tam rozpoczął program rakietowych badań atmosfery. Po powrocie skoncentrował się na badaniu zanieczyszczeń powietrza. Instytut Lotnictwa przekazał wszystkie prace nad rakietami do Instytutu Przemysłu Organicznego, a sam zajął się badaniami silników wysokoprężnych.

Natomiast Japończycy, którzy zaczynali w latach 50. od malutkich rakiet nazwanych Ołówek, w 1966 roku wystrzelili rakietę Mu-1, która dotarła na podobną wysokość jak Meteor II. Oni jednak prowadzili prace dalej i rakiety na paliwo stałe piątej generacji używane były do 2006 roku. Wynosiły na orbitę o pułapie 200 km blisko dwutonowe ładunki.

W 2011 roku rynek wynoszenia satelitów na orbitę wart był ponad 4 miliardy dolarów i bije się o niego pięć krajów: USA, Rosja, Francja, Japonia oraz Indie.