Jeszcze Sienkiewicz używał pojęcia „cywilizowany świat". Oznaczało ono wszystkie miejsca, gdzie ludzie żyli zgodnie z wartościami cywilizacji zachodniej. Dziś z jednej strony Boże Narodzenie obchodzi się nawet w Pekinie (wyprane z chrześcijańskich treści daje kolejny pretekst do kupowania prezentów), może więc cały świat jest już cywilizowany? Z drugiej strony słyszymy, że syta Europa już na dobre straciła inicjatywę cywilizacyjną, zaś Ameryka na naszych oczach rozmienia ją na drobne. Prorocy Nowego Porządku Świata przypatrują się Azji i mówią: nadzieja stamtąd! Pracowici i posłuszni Azjaci zbudowali potężny przemysł, na jego podstawie stworzą polityczną przewagę. Jego wizytówką są loty kosmiczne. Jak słyszymy, Chińczycy planują bazy na Księżycu, Japończycy wybierają się na Marsa... Nawet reżim Korei Północnej wystrzelił samodzielnie wyklepanego satelitę!

Może jednak te osiągnięcia wcale nie są takie oszałamiające? Nie dość, że Azjaci słono płacą za prestiż „mocarstw kosmicznych", to jeszcze ich osiągnięcia zostaną prędko zdystansowane. Nowości na skalę cywilizacyjnej zmiany powstają nie w Tokio i Pekinie, ale, jak dotąd – w laboratoriach Europy i Ameryki. Nowością jest, że nad najlepszymi pomysłami pracują firmy prywatne, a nie specjaliści na etatach rządowych. W takim razie jaki jest w tym interes?

Krocie za kosmos

Dziś rachunek ekonomiczny podróży orbitalnych jest po prostu szalony. Wyprodukowanie najtańszej rakiety kosmicznej (np. Falcon 9) kosztuje ok. 60 milionów dolarów. W trakcie lotu na orbitę spali ona paliwo warte ok. 300 tys. USD (ciekły tlen, ciekły wodór i kerozyna). W rezultacie na orbitę trafi ładunek o masie – przyjmijmy – 2500 kilogramów. Teraz podzielimy 60 milionów dolarów przez 2500 kilogramów. 24 tys. dolarów – tyle trzeba zapłacić za każde kilo cukru czy butelkę z wodą dostarczone na niską orbitę na pokładzie jednorazowej rakiety.

Technologia chłodzenia jest tak tajna, że autorzy nawet jej nie opatentowali

Gdybyśmy latali jednorazowymi samolotami, to ile kosztowałby bilet np. z Warszawy do Szczecina? Koszt lotu musiałby uwzględnić cenę samolotu podzieloną przez liczbę pasażerów obecnych na pokładzie. Po wylądowaniu samolot byłby komisyjnie niszczony (albo rozpadał się samoczynnie...). Bez sensu.

Załóżmy jednak, że możemy używać rakiety przez tysiąc lotów? Wówczas kalkulacja nabiera rumieńców: podstawowy koszt przesyłki o masie jednego kilograma wynosi 150 USD (cena paliwa). Do tego dorzucamy jakieś 50 dolarów na koszt kapitału i dodatkowe opłaty startowe itp. Ostatecznie mamy około 200 dolarów za kilogram dostarczony na orbitę (chyba bez opodatkowania: w kosmosie jeszcze nie ma VAT). Ile kosztowałby bilet na orbitę dla kosmicznego turysty o wadze 80 kg? Jak wynika z naszej kalkulacji – nieco ponad 16 tys. dol., czyli niecałe 50 tysięcy zł. Grosze, zważywszy że dziś koszt podróży do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej to co najmniej 20 milionów dol.

W jaki sposób jednak można by zbudować taki „kosmolot", czyli rakietę wielokrotnego użytku? Jako podatnicy Rzeczypospolitej, chcąc nie chcąc bierzemy udział w finansowaniu jednego z takich najbardziej zaawansowanych technicznie projektów: pośrednio, gdyż Polska od początku roku jest pełnoprawnym członkiem Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Bond na orbitę

Hasło „europejski przemysł kosmiczny" przywodzi na myśl rakiety Ariane i kosmodrom w Gujanie Francuskiej. Jednak poddani brytyjskiej korony szykują się, by wyrwać Żabojadom palmę pierwszeństwa (wraz z pokaźnymi funduszami). Celuje w tym Brytyjczyk o nazwisku Bond. Alan Bond.

Autopromocja
Nowość!

Trzy dostępy do treści rp.pl w ramach jednej prenumeraty

ZAMÓW TERAZ

Alan Bond to inżynier lotnictwa. Budowa samolotu kosmicznego stanowi spełnienie jego dziecięcych marzeń o podróżach po Układzie Słonecznym. Ponad 60-letni dziś inżynier Bond jest bliżej niż kiedykolwiek realizacji celu: jego pomysł pozytywnie zaopiniowała Europejska Agencja Kosmiczna. Jej szef jest przekonany, że Bond może być asem w rękawie europejskiej kosmonautyki. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, za dziesięć lat prototyp maszyny wzniesie się w powietrze.

Bond sufluje swój pomysł od ponad 30 lat i można podziwiać go za to, że się nie zniechęcił. Istotę jego koncepcji stanowi bowiem po prostu stworzenie silnika rakietowego, który w czasie lotu spalałby tlen zawarty w atmosferze. Nie dość, że w ten sposób zmniejszy się masa startowa statku kosmicznego (w klasycznej rakiecie na orbitę trafia zaledwie ok. 3 proc. ciężaru maszyny stojącej na stanowisku startowym), to jeszcze powstanie urządzenie wielokrotnego użytku. Koszt eksploatacji takiej maszyny byłby porównywalny ze współczesnymi samolotami pasażerskimi. Cykl eksploatacji wyglądałby następująco: start, orbita, dostawa, lądowanie, wychłodzenie kadłuba, uzupełnienie paliwa i kolejny start... Wszystko rutynowo, bezpiecznie, na przemysłową skalę.

Kluczem do sukcesu jest odpowiedni silnik. Rakietowe silniki spalają tlen i wodór, czasem dokładany jest trzeci składnik – kerozyna. Paliwo przed startem jest skroplone (więc zimne) i zmagazynowane w izolowanych zbiornikach (by nie rozgrzało się przed startem). Wodór jest lekki, daje ogromną moc, ale zabiera sporo miejsca. Niezbędny do spalania wodoru jest tlen: dość ciężki i znacznie trudniej się skraplający. W rezultacie przez pierwsze 50 kilometrów wznoszenia rakieta leci przez atmosferę, która jest wypełniona tlenem, ale nie ma jak z niego skorzystać, ponieważ pęd rakiety zbyt silnie rozgrzewa powietrze. Dlatego najszybsze samoloty odrzutowe nie przekraczają ok. 2,7 prędkości dźwięku. Po przekroczeniu tej granicy temperatura powietrza trafiającego do maszyny po prostu stopi silnik.

Bond zaproponował, żeby schłodzić powietrze wpadające do silnika – najlepiej od razu do temperatury minus 140 stopni, czyli tuż powyżej punktu skraplania. W tym celu opracował najważniejszy element nowego silnika spalającego powietrze atmosferyczne (air breathing rocket engine): schładzacz – precooler. Najbardziej tajemnicza i piekielnie zaawansowana technicznie część kosmolotu Bonda.

Rozwiązanie naprawdę cool

Prace nad tym urządzeniem trwają od początku lat 80. Alan Bond wchodził wówczas w skład zespołu pracującego nad projektem HOTOL – brytyjskiego samolotu kosmicznego, który miał rywalizować z amerykańskimi promami kosmicznymi. Prace finansował rząd Jej Królewskiej Mości, British Aerospace i Rolls-Royce. Jednak Amerykanie rozpoczęli eksploatację swoich wahadłowców kosmicznych w 1986 r., a dwa lata później Brytyjczycy zamknęli projekt.

Dzięki temu rząd Margaret Thatcher mógł pochwalić się cięciami finansowymi w kosztownych badaniach kosmosu. Bond chciał opatentować opracowane rozwiązania i kontynuować pracę we Francji w ramach ESA. Jednak rząd zareagował błyskawicznie: objął HOTOL tajemnicą wojskową, co automatycznie uniemożliwiało autorom projektu nawet rozmawianie o zastosowanych rozwiązaniach! Alan Bond został z pustymi rękami. Wiedział, że da się wykonać pojazd SSTO (pojedynczy stopień na orbitę), ale rząd pozbawił go możliwości wykorzystania tej wiedzy.

W rezultacie Bond pracował w przemyśle energetycznym. Jednak w 1989 r. wraz z kolegami weteranami programu HOTOL założył firmę Reaction Engines. Panowie wrócili przed ekrany komputerów, by mimo braku środków dalej projektować kosmoloty. Większość rozwiązań musieli opracować jeszcze raz w taki sposób, by ominąć wcześniejsze patenty, które opracowali dla HOTOL, a teraz stały się własnością rządu. W 1993 r. powstała koncepcja płatowca, który z daleka przypomina słynny amerykański samolot szpiegowski SR71. W 2004 r. pojawił się pomysł obejmujący nie tylko rozwiązania techniczne, ale też nową termodynamikę. Chodziło o rozwiązanie wymiany ciepła pomiędzy powietrzem wpadającym do wnętrza silnika, wodorem, który je chłodzi, i helem stanowiącym wymiennik ciepła.

Przełomowy pomysł Alana Bonda polegał na opracowaniu systemu chłodzenia powietrza, które wpada do silnika. Czynnikiem chłodzącym miał być skroplony wodór, przechowywany w zbiorniku paliwa. Ciekły wodór może pochłonąć trzy razy więcej ciepła niż woda, więc doskonale nadaje się na chłodziwo, jest też idealnym paliwem. Każdemu, kto widział oszronioną lodówkę, natychmiast nasunie się uwaga rzeczowa: czy gorące powietrze wpadające do zimnego wymiennika ciepła nie spowoduje natychmiastowego oblodzenia? Nie wiemy, w jaki sposób problem ten rozwiązali autorzy: technologia, jaką stworzyli, jest tak tajna, że nie tylko odmawiają opisu rozwiązania, ale nawet go nie opatentowali. Obawiają się, że na podstawie analizy patentu ktoś odtworzyłby istotę wynalazku. Nam wystarczy, że urządzenie działa. W ciągu 1/100 sekundy schładzacz (precooler) zbija temperaturę powietrza wpadającego do silnika do -140 st. C. W listopadzie 2012 r. inspektorzy Europejskiej Agencji Kosmicznej przeprowadzili serię testów prototypu schładzacza do silnika (precoolera) i potwierdzili, że ten kluczowy element pojazdu jest gotowy.

Całość wygląda jak zwinięte żeberka chłodnicze, moc urządzenia to około 400 megawatów. Podobne zestawy stosowane w układach chłodzenia elektrowni atomowych ważą około 250 ton. Bondowi i jego zespołowi udało się odchudzić rozwiązanie do niespełna półtorej tony.

Skylon, czyli tam i z powrotem

Przyjmijmy, że nowej maszynie – jeśli kiedyś powstanie – uda się wzlecieć na orbitę. Jak wrócić? Jak dotąd pojazdy kosmiczne hamowały w atmosferze za pomocą specjalnej tarczy, która w trakcie wytracania prędkości rozgrzewała się do granicy wytrzymałości materiału. Właśnie niedoskonałości tej powłoki termicznej przyczyniły się do katastrofy promu Columbia w 2002 r.  Tym razem odpowiednie obliczenia przeprowadziła niemiecka firma DLO. Okazało się, że Skylon z uwagi na swoje pokaźne rozmiary i niską wagę będzie spadał o wiele wolniej niż promy kosmiczne. W związku z tym nie będą potrzebne aż tak wyrafinowane metody. Drużynę Bonda zainspirował wzmiankowany już samolot SR71  Blackbird. Jest on zbudowany z tytanowej blachy falistej.

W rezultacie tych rozwiązań technicznych firma Bonda – Reaction Engines zaprojektowała pojazd kosmiczny Skylon. Długość – 83 metry, rozpiętość skrzydeł – 23. Napędzany dwoma silnikami osiągnie w atmosferze prędkość 5,6 Macha, co pozwoli wywieźć na niską orbitę (300 km nad Ziemią) 15 ton ładunku, a na wysoką (800 kilometrów) – 11 ton. Pojazd będzie bezpilotowy, ale będzie mógł przewieźć ludzi. W ładowni Skylona zmieści się 30-osobowa wycieczka astronautów.

Alan Bond jest dziś sześćdziesięciolatkiem, a projekt jego życia dopiero zaczyna przybierać realne kształty. Oczywiście, Bond wolałby być o dwadzieścia lat młodszy. W wywiadzie dla BBC powiedział: „Jaka to strata czasu! Strata dla mnie, bo już od dawna moglibyśmy mieć takie urządzenie, i strata dla brytyjskiego przemysłu, który mógłby budować i eksploatować te kosmoloty".

Jedynym konkurentem Bonda jest człowiek, który stanowi jego przeciwieństwo: młodszy o pokolenie, rozpoznawalny na całym świecie gwiazdor biznesu i nowych technologii Elon Musk. Cieszy się on statusem celebryty tak rozpoznawalnego jak, nie przymierzając,  Małysz plus Wojewódzki spleciony z Dodą. W Polsce to człowiek nieznany, więc kilka słów poświęcić mu trzeba. W wieku 12 lat sprzedał pierwszą grę komputerową, potem system  Paypal. Zarobione setki milionów dolarów pozwoliły mu zrealizować marzenia: stworzył firmę sprzedającą i instalującą panele słoneczne, potem powołał do życia SpaceX (o czym za chwilę), a wreszcie zainwestował w produkcję elektrycznych samochodów Tesla. W ubiegłym roku tygodnik „Car and Driver" wybrał „Teslę Model S" na samochód roku. Pierwszy raz w dziejach wyróżnienie to otrzymało auto całkowicie elektryczne i wyprodukowane przez firmę z Kalifornii, niezwiązaną z „wielką trójką" amerykańskiej motoryzacji.

SpaceX realizuje kilka projektów naraz; po pierwsze w ubiegłym dwukrotnie dostarczyło towar na Międzynarodową Stację Kosmiczną dla NASA i szykuje się do kontynuacji programu. Kilkudziesięciu klientów komercyjnych zamierza skorzystać z usług „Falcona 9", by przewieźć satelity meteo i telekomunikacyjne (NASA to 25 proc. zamówień SpaceX). Powstaje już potężna rakieta nośna porównywalna do Saturna 5 z czasów programu Apollo. Falcon Heavy, która będzie w stanie wynieść na niską orbitę wiele ton ładunku. SpaceX przymierza się też do wygrania przetargu na loty załogowe.

Najważniejszym projektem dla konstruktorów SpaceX jest jednak budowa rakiety wielokrotnego użytku. Musk szuka skutecznego sposobu na drastyczne obniżenie kosztu lotów orbitalnych. Chce on, by w niedalekiej przyszłości powrotny bilet na Marsa kosztował pół miliona dolarów (czyli tyle, ile przeciętny dom klasy średniej w Kalifornii, w Warszawie –   dwa duże mieszkania). Warunkiem niezbędnym jest budowa rakiet wielokrotnego użytku.

Skok konika na Księżyc

Taki właśnie pojazd jest testowany pod kryptonimem Grasshoper. Pomysł polega na budowie rakiety, która będzie startować pionowo, wznosić się jak zwykła dwustopniowa rakieta, ale po odłączeniu pierwszego członu nie spłonie on w atmosferze ani nie spadnie do oceanu. Zamiast tego w kontrolowany sposób wróci na lotnisko, by wylądować na resztkach paliwa i stanąć pionowo, opierając się na specjalnych nogach. Po wychłodzeniu i ponownym zatankowaniu człon podstawowy będzie się nadawał do powtórnego użycia. Analogicznie drugi człon rakiety nośnej. Kiedy znajdzie się na zadanej wysokości (od kilkuset do tysiąca kilometrów nad Ziemią), pojazd będzie musiał się odwrócić i zanurkować „głową w dół" w atmosferę. „Głową" – bo tam znajdować się będzie tarcza termiczna osłaniająca pojazd przed wysoką temperaturą. Już w atmosferze rakieta po raz kolejny odwróci się o 180 stopni i, używając resztek paliwa, wyląduje tuż obok pierwszego członu.

To dopiero brzmi jak science fiction! SpaceX przeprowadził już trzy próby sterowania rakietą, która „wisiała" w pionie, używając silnika rakietowego. W czasie drugiego testu rakieta podskoczyła o 4 metry. W czasie trzeciego wzleciała na wysokość ponad dziesięciu pięter. Przez najbliższe lata planowane są kolejne, coraz wyższe podskoki.

Elon Musk opowiadał o programie w swoim wystąpieniu w Brytyjskim Towarzystwie Kosmicznym. Podkreślał, że budowa takiej rakiety jest „niemal niemożliwa". Po pierwsze, wzrośnie ciężar rakiety: trzeba zamontować nogi, przewieźć dodatkowe paliwo, systemy sterujące itp. Może to zużyć od 1 do 2 proc. wagi całej rakiety. A przecież na orbitę dociera zaledwie 2–3 proc. masy spoczynkowej! Musk chce najpierw odchudzić swoje rakiety tak, by w wersji „jednorazowej" na orbitę trafiało 4 proc. masy.

Jeśli uda się zrealizować choćby jedną z koncepcji potanienia dostępu na orbitę, skończą się jak nożem uciął prasowe legendy o „pogoni" azjatyckich mocarstw kosmicznych. Uzyskamy dostęp do nieprzebranych zasobów Układu Słonecznego. Kto wie, jakie czekają nas tam bogactwa?

Niewykluczone, że wraca czas wielkich odkryć geograficznych. W XVI wieku najbardziej rozwiniętą technikę mieli Chińczycy; dla Arabów i Hindusów Europejczycy byli brudnymi barbarzyńcami. Jednak gdzieś na skraju kontynentu dwa kraiki: Portugalia i Hiszpania planowały morskie wyprawy, w rezultacie zaś dzisiejsza „światowa" cywilizacja wywodzi się z kultury zachodniej. Stało się tak pomimo biedy i zacofania Europejczyków. Zadecydował łut szczęścia i odwaga. Może na naszych oczach historia się powtórzy?

Autor jest dziennikarzem telewizyjnym