W kosmos za grosze

Abstrakcyjnie wysokie koszty podróży choćby w najbliższy kosmos to dziedzictwo czasów zimnej wojny, gdy organizacje takie jak NASA dysponowały właściwie nieograniczonym budżetem, a ich głównym zadaniem było prześcignięcie konkurentów zza żelaznej kurtyny. Obecnie NASA nie jest już centrum najnowocześniejszych rozwiązań – zmieniła się w narzędzie politycznych rozgrywek, dzięki któremu mają się poprawić notowania rządzącej partii w kolejnych wyborach. Z dawnej świetności pozostały rozsypujące się wahadłowce, jedne z najbardziej niebezpiecznych w historii pojazdów kosmicznych, nierealne pomysły budowy bazy na Księżycu i załogowego lotu na Marsa.

Fatalna sytuacja publicznych organizacji zajmujących się eksploracją kosmosu stała się błogosławieństwem dla prywatnego biznesu. Zapotrzebowanie na tanie i szybkie loty kosmiczne jest ogromne – latać chcą bogaci turyści gotowi płacić miliony dolarów za jedną wycieczkę. W kolejce ustawiają się firmy, które chcą wynieść na orbitę dziesiątki komercyjnych satelitów. Dodatkowo nad tym wszystkim unosi się zapach pieniędzy, które gotowa jest wyłożyć armia, gdy tylko pojawi się technologia wystarczająco niezawodna, by warto było w nią zainwestować.

Precz ze starociami!

Jednak nad całą branżą, również jej prywatną częścią, unosi się cień 50 lat doświadczeń w dziedzinie lotów z napędem rakietowym. Cień, bo przez te wszystkie lata nie powstała właściwie żadna konstrukcja umożliwiająca wyjście na orbitę, która nie byłaby modyfikacją którejś z wojskowych rakiet balistycznych zbudowanych wkrótce po wojnie. Ich twórcami byli niemieccy inżynierowie, konstruktorzy V-2, pierwszej rakiety, która w 1944 roku poleciała w kosmos, unosząc się na wysokość przekraczającą sto kilometrów.

Eksploatacja i serwisowanie takiego sprzętu są niewyobrażalnie drogie. Korzystające z niego prywatne firmy, które zajmują się dziś wynoszeniem na orbitę satelitów, potrafią policzyć sobie nawet dobrze ponad sto tysięcy dolarów za każdy jego kilogram. Niewielki satelita waży tymczasem ponad ćwierć tony! Tak zaporowe ceny to poważna bariera dla rozwoju telekomunikacji i badań nad Ziemią i kosmosem.

Nietrudno sobie wyobrazić, co by się działo, gdyby na rynku pojawił się nowy gracz oferujący tanie usługi. Co powiedzielibyście na cenę dziesięciokrotnie niższą – coś w okolicach 10 tysięcy dolarów za kilogram? To tak, jakby nagle ktoś zaproponował nam kupno nowego samochodu średniej klasy za pięć tysięcy złotych. Czujecie to? Ten ktoś to 36-latek Elon Musk. Młody miliarder, który dorobił się fortuny, tworząc dwie firmy internetowe, a potem je sprzedając. Jego pierwszy projekt – Zip2 z 1995 roku – kupiła Altavista za cenę 307 milionów dolarów płatnych gotówką i 34 miliony wypłacone w akcjach. Kolejny, tym razem naprawdę ogromny sukces to stworzenie PayPala. To firma zajmująca się prostym i szybkim przesyłaniem pieniędzy między internautami, której system opiera się na e-mailu. PayPal szybko zdominował rynek drobnych transakcji w sklepach i na aukcjach internetowych, a w 2002 roku został sprzedany eBayowi za półtora miliarda dolarów. Muskowi przypadło z tego jakieś 180 milionów. Gdy już kupił sobie wartego
milion dolarów mclarena F1 i czeski samolot treningowy Aero L-39 Albatros (za 250 tysięcy dolarów), zajął się rewolucjonizowaniem przemysłu kosmicznego. Jego przepis jest prosty:

1. bierzemy dużo pieniędzy – około stu milionów dolarów,
2. podkupujemy konkurencji najlepszych specjalistów,
3. dajemy ludziom wolną rękę – zero biurokracji, maksimum kreatywności,
4. narzucamy tylko jedną zasadę: „tanio i prosto”.

Banalne? Być może, ale skuteczne. Ludzie, których udało się pozyskać Muskowi, to naprawdę elita tej branży. Tom Mueller, wiceszef od napędów, pracował jako specjalista od paliw płynnych w TRW, firmie realizującej między innymi liczne kontrakty wojskowe. Tim Buzza, kierownik lotów, spędził 15 lat w Boeingu jako szef grupy testującej Delta IV, jedną z najczęściej wykorzystywanych rakiet kosmicznych. Odpowiedzialny za strukturę i rozwój Chris Thompson zarządzał projektami rakiet Delta i Tytan w Boeingu i w firmie McDonnell Douglas.

– 95 procent tego, co robiłem w TRW, to czysta biurokracja – mówi Mueller magazynowi „Wired”. – Tu nie ma jej wcale.

Właśnie to sprawiło, że Elonowi Muskowi, nowicjuszowi w kosmicznej branży, postanowiło zaufać tak wielu specjalistów. Pod jego zarządem porwali się na coś naprawdę ambitnego: budowę rakiety kosmicznej od podstaw. Z pół wieku historii lotów kosmicznych wzięli to, co najlepsze, a zostawili to, co było balastem pochodzącym z konstrukcji wojskowych. Chodzi przede wszystkim o możliwość wielokrotnego używania tych samych elementów. Rakiety balistyczne wymyślone po to, by przenieść ponad oceanem pociski nuklearne i zetrzeć z powierzchni ziemi Moskwę i Leningrad, nigdy nie miały być stosowane wielokrotnie. Ich silniki i kolejne człony odpadały w trakcie lotu, znikając gdzieś w odmętach Atlantyku i Pacyfiku. Tymczasem serce rakiety, czyli jej silnik, to jeden z najdroższych elementów. Rakieta wielokrotnego użytku

Falcon 1, konstrukcja zbudowana w SpaceX, firmie Muska, napędzany jest ciekłym tlenem, który utlenia RP-1 – zmodyfikowaną chemicznie naftę będącą właściwym paliwem rakiety. To spalanie następuje w zaprojektowanym od podstaw silniku Merlin 1. Zbudowany z jednego bloku miedzi przypomina kształtem klepsydrę. Na jego powierzchni znajduje się siatka drobnych kanalików, przez które przetłaczane jest paliwo, zanim dotrze do komory spalania. Ten system pozwala skutecznie chłodzić silnik podczas pracy, gdy wewnątrz panuje ciśnienie 60 atmosfer. Budowa czegoś takiego jest bardzo kosztowna, ale technicznie rzecz biorąc, silnik może być używany w nieskończoność. Gdy napędzany przez niego pierwszy człon rakiety zakończy pracę, silnik opada na spadochronie i jest przygotowywany do kolejnego lotu. Inwestycja się opłaciła – Merlin to najefektywniejszy z silników wykorzystujących ten rodzaj paliwa. Prześciga w osiągach konstrukcje Boeinga i Lockheeda.

Choć pojedynczy Merlin nie ma wielkiej mocy (może wynieść na orbitę ważącego nieco ponad 600 kilogramów satelitę), to konstrukcja SpaceX jest skalowalna. Oznacza to, że z łatwością można połączyć dziewięć Merlinów i zamiast rakiety Falcon 1 zbudować Falcona 9. Taka maszyna ma już dość mocy, by dowieźć do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej liczącą siedem osób załogę. Choć dziś zajmują się tym wahadłowce, to rozklekotana flotylla kosmiczna NASA ma zostać ostatecznie wycofana z użytku do 2010 roku. Następca promów ma się pojawić nie wcześniej niż w 2015 roku, a Falcon 9 będzie gotowy za rok lub dwa lata. Jak w tym czasie będą wyglądały dostawy na Międzynarodową Stację Kosmiczną? Kto będzie woził tam i z powrotem astronautów? Elon Musk jest dziś bliski podpisania z NASA kontraktu na obsługę Stacji – jego Falcon 9 będzie prawdopodobnie jedynym zdolnym do tego pojazdem.

Na razie specjaliści przyglądają się pierwszym lotom Falcona 1. Rakieta startuje z niewielkiego betonowego wzgórka znajdującego się na wyspie Omelek, czyli kawałku skały i korali sterczącym tuż przy równiku na środku Oceanu Spokojnego. W pobliżu nie ma nikogo – 35 kilometrów dalej, na innej wyspie siedzi ośmiu inżynierów. To cała obsługa techniczna wystarczajaca za tysiące inżynierów i techników, których potrzebuje NASA. Falcon wymaga tylko odkręcenia paru kurków na kilka godzin przed startem. Reszta kontrolowana jest zdalnie ze zwykłego laptopa. Start rakiety filmuje kilkanaście kamer o wysokiej rozdzielczości, które pozwalają dostrzec najdrobniejszy szczegół konstrukcji. Obraz przez łącze satelitarne trafia do centrum kontroli lotu znajdującego się ponad 8,5 tysiąca kilometrów dalej, w Kalifornii.

Jak wszystko w SpaceX, również centrum kontroli lotu w niczym nie przypomina tego z Houston, które należy do NASA. Nie ma rzędów komputerów, dziesiątek facetów w garniturach z napięciem wpatrujących się w gigantyczny ekran. Prawdę mówiąc, to centrum to niski i długi barak, w którym mieści się ledwie kilku specjalistów. Niektórzy ubrani są w dżinsy i podkoszulki. Przed każdym stoi laptop i lampka, każdy ma na głowie proste słuchawki. To powinno wystarczyć, by posłać w kosmos jedną z najnowocześniejszych rakiet świata.

Jednak 24 marca 2006 roku okazało się, że nie wystarczy. Podczas pierwszego lotu Falcona 1 w 36. sekundzie od startu obraz na ekranach zaczął wirować, a płomienie otoczyły umieszczoną w pobliżu silnika kamerę. Chwilę później wszelka łączność została zerwana – rakieta rozpadła się na małe kawałki. Wraz z nią zniszczeniu uległ mały satelita FalconSAT-2 zbudowany przez studentów z United States Air Force Academy. Nerwy na starcie

Gdy otrząśnięto się z szoku, rozpoczęły się gorączkowe badania przyczyn wypadku. Po obejrzeniu filmów z kilku kamer i odzyskaniu trzech czwartych szczątków rakiety stwierdzono, że katastrofie winny był niewielki wyciek paliwa, które zapaliło się podczas startu. Spowodowała go korozja aluminiowego elementu kadłuba, który przez długi czas stał na stanowisku startowym narażony na działanie równikowego klimatu i ataki słonego wiatru.

Po tej wpadce rakietę przebudowano. Wprowadzono ponad sto poprawek, dokonano między innymi wymiany aluminium na stal nierdzewną, ale kluczowa zmiana dotyczyła oprogramowania systemu. Okazało się, że jeden z czujników na kilka sekund przed startem odnotował wyciek paliwa, ale ludzie nie byli w stanie kontrolować jednocześnie ponad 800 parametrów.

Dlatego do drugiego startu Falcon 1 stanął wyposażony w system, który sam decyduje o przerwaniu procedury startowej w razie wykrycia nieprawidłowości. Ta poprawka kosztowała ekipę mnóstwo nerwów – 20 marca 2007 roku z powodu błędu oprogramowania system zatrzymał procedurę odliczania na minutę i dwie sekundy przed startem.

Kolejna próba podjęta dzień później była jeszcze bardziej nerwowa – silniki wyłączyły się zaledwie pół sekundy przed oderwaniem się rakiety od ziemi. Tym razem chodziło o temperaturę paliwa, które było za chłodne o dwa stopnie i mogłoby nie wytworzyć dostatecznego ciśnienia w komorze spalania.

By je podgrzać, zdecydowano się na niezwykłą operację polegającą na błyskawicznym wypompowaniu paliwa i jego ponownym wpompowaniu do zbiorników rakiety. Podczas typowego startu typowej rakiety ta procedura trwa kilka godzin, a w przypadku promów kosmicznych nawet kilka dni. Ekipa Elona Muska uwinęła się z tym w... niecałe 20 minut. Wszystko odbyło się zdalnie, bez udziału człowieka. Obserwujący całą akcję specjaliści z DARPA, naukowego skrzydła armii amerykańskiej, byli pod ogromnym wrażeniem.

Ostatecznie start odbył się za trzecim razem. Rakieta uniosła się w powietrze i leciała przez ponad 11 minut, osiągając wysokość 300 kilometrów i prędkość niemal 18 tysięcy kilometrów na godzinę. Już po odrzuceniu pierwszego członu i uruchomieniu drugiego silnika pojawiło się dziwne wirowanie. Falcon 1 zaczął kręcić się w niekontrolowany sposób i ostatecznie spadł na ziemię. Przyczyną awarii był prawdopodobnie silniejszy od spodziewanego wstrząs przy oddzielaniu się pierwszego członu, który spowodował chybotanie się kadłuba. Mimo tego SpaceX i niezależni specjaliści uznali start za udany: wszystkie elementy zadziałały, a rakieta osiągnęła wysokość orbitalną. Należy przy tym pamiętać, że pierwsze loty większości istniejących rakiet kończyły się kłopotami.

Kolejne starty planowane są jeszcze na ten rok. Podczas pierwszego z nich Falcon 1 zabierze na pokład prochy 187 osób, w tym astronauty Gordona Coopera, uczestnika projektu Mercury, i aktora Jamesa Doohana, który w pierwszej serii serialu „Star Trek” grał słynnego inżyniera Scotty’ego.

Gdy Elon Musk zakładał SpaceX, powiedział, że jest gotowy na dwa nieudane loty. Jeśli trzeci też będzie porażką, to zastanowi się, czy słusznie postąpił i czy na pewno to wszystko ma sens. Na razie ma za sobą jedną porażkę i jeden „prawie sukces”. Oby trzeci lot był udany, bo od tego może zależeć najbliższa kosmiczna przyszłość całej ludzkości.

Piotr Stanisławski