„Księżyc po rosyjsku”

Poniższy artykuł po zmianach redakcyjnych został opublikowany w czasopiśmie AstroNautilus . Z racji zamknięcia wydawania magazynu a chęci zapoznania Was z tą niesamowitą historią postanowiłem zamieścić go na swojej stronie w oryginalnej wersji w jakiej przesłałem tekst do redakcji.

                                                                                                                                          -Orland Krzyżanowski

        Wydawać by się mogło, że w dziedzinie załogowej astronautyki nie ma bardziej wyeksploatowanego tematu niż wyścig kosmiczny z lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku. Lot misji Apollo 11 i lądowanie na Księżycu człowieka tkwią pewnie zakotwiczone w zbiorowej świadomości ludzkiej. Fragmenty materiałów filmowych z tego wydarzenia są znane praktycznie każdemu niezależnie od zainteresowań czy wieku. Wyścig kosmiczny jest idealnym przykładem tego, że historie piszą zwycięzcy. Jeżeli pozwolić sobie na zmianę perspektywy przed nami ukaże się fascynująca historia. Została ona napisana przez drugą stronę całego wydarzenia… w końcu Stany Zjednoczone nie ścigały się same ze sobą.

21 lipca 1969 roku, dzień po udanym lądowaniu lądownika Eagle, astronauci amerykańscy przygotowywali się do pierwszego w historii spaceru po powierzchni Księżyca. Nie byli tam jednak sami. Gdy Apollo 11 satelizował się na orbicie Srebrnego Globu, od dwóch dni znajdował się na niej sześciotonowy statek rosyjski, również mający wylądować na powierzchni naszego naturalnego satelity. W dniu, w którym padły znane wszystkim słowa wypowiedziane przez Neila Armstronga, bezzałogowa sonda Luna 15 rozpoczęła manewr zejścia na powierzchnię. Cel rosyjskiej misji był jeden. Pobrać próbki księżycowego gruntu i wrócić z nimi na Ziemię… przed astronautami amerykańskimi. W takim wypadku wynik kosmicznego wyścigu nie byłby tak jednoznaczny. Jak dramatycznie wyglądały ostatnie chwile wyścigu księżycowego wyszło na jaw dopiero w 2009 roku kiedy to opublikowano nagrania z brytyjskiego teleskopu w Jodrell Bankⁱ. Sprzęt ten odbierał transmisje zarówno NASA jak i radzieckich kontrolerów komunikujących się ze swoimi statkami. Po blisko pół wieku okazało się, że oficjalny rosyjski komunikat z 1969 roku o tym, że naukowa część misji się zakończyłaⁱⁱ był niepełny i nie oddawał pełnego dramatyzmu sytuacji. Na nagraniach słychać komentarz nasłuchujących naukowców z Jordell Bank: „-ląduje…. schodzi za szybko!”ⁱⁱⁱ. W oczywisty sposób można zorientować się, że ostatnia radziecka próba pobicia Amerykanów w wybranym przez siebie zakresie wyścigu księżycowego zakończyła się niepowodzeniem. Tym samym wszystkie rosyjskie programy księżycowe: załogowego przelotu, lądowania i ostatecznie wysłania bezzałogowej sondy w celu sprowadzenia próbek na Ziemię przed Amerykanami, zakończyły się porażką.

Ujęcie z filmu „Apollo 18” pokazujące autentyczny lądownik LK. Mało znanym faktem jest to iż naprawdę poleciał on w kosmos!

O rosyjskim Programie Księżycowym mówi się niewiele i praktycznie nie występuje w kulturze popularnej. W ostatnim czasie uważny amator kina miał jednak okazję zobaczyć interesujący wątek fabularny w horrorze „Apollo 18”, gdzie amerykańscy astronauci spacerując po Księżycu znajdują lądownik, który okazuje się być rosyjskim. Pomimo, że horror to nie dokument w tym wypadku wielu zaskoczy fakt, że pojazd ten istniał naprawdę i kilka razy poleciał w kosmos. Łunnyj Korabl (ŁK), bo tak się nazywał, miał wchodzić w skład zespołu ekspedycyjnego N1/L3, którego celem było posadzenie jednego kosmonauty na powierzchni Księżyca. Co więcej jego testy na orbicie zakończyły się powodzeniem i był gotowy do lotu (misje testowe: Kosmos 379, Kosmos 398, Kosmos 434)^iv. Wybrany przez Rosjan profil i filozofia lotu do złudzenia przypomina rozwiązania amerykańskie jednak najciekawsze są szczegóły. To one mogły zdecydować o powodzeniu bądź fiasku misji i jak się okazało zdecydowały.

źródło grafiki: http://flyingsinger.blogspot.com/2010/08/space-models.html

Kompleks N1/L3 składał się z czterech podstawowych części. Ciężkiej rakiety nośnej N1, która dla programu rosyjskiego była tym czym Saturn V dla Amerykanów choć konstrukcyjnie na swoje nieszczęście zupełnie się od niego różniła. Drugim pojazdem był odpowiednik CSM Apollo w postaci dwuosobowego Sojuza ŁOK (Łunnyj Orbitalnyj Korabl). ŁOK był większy niż znane nam dzisiaj orbitalne wersje kosmicznych taksówek oraz pozbawiony charakterystycznych paneli słonecznych na rzecz ogniw paliwowych (podobnie jak statek Apollo). Trzecim elementem kompleksu był Łunnyj Korabl (ŁK)- jednoosobowy lądownik księżycowy o masie wynoszącej tylko 1/3 lądownika amerykańskiego^v. Walka o maksymalne odciążenie zestawu wymuszona była mniejszym planowanym udźwigiem N1 w porównaniu do Saturna V. W pierwszym momencie można odnieść wrażenie, że strona rosyjska postanowiła skopiować rozwiązanie konkurentów dobierając podobną konfigurację sprzętu jednak byłoby ono błędne ze względu na szereg krytycznych różnic. Jednym z elementów odróżniających rozwiązanie radzieckie był enigmatycznie brzmiący czwarty element kompleksu ekspedycyjnego, moduł napędowy o nazwie Blok D. Po wejściu na trajektorie księżycową był on odpowiedzialny za korekty kursu w trakcie lotu oraz satelizację kompleksu na orbicie. Mało tego, po udanym dotarciu na orbitę księżycową miał za zadanie odłączyć się wraz z lądownikiem i dokonać jego deorbitacji przygotowując ŁK do lądowania. To było dużo odpaleń i wiele krytycznych momentów, gdzie awaria silnika Bloku D mogła spowodować fiasko misji. Jego rola kończyła się dopiero na 4000m od powierzchni Srebrnego Globu, gdy przewidziano jego odłączenie i załączenie napędu własnego lądownika^vi.

Księżycowa wersja Sojuza. Znana nam dzisiaj kosmiczna taksówka pierwotnie była projektowana właśnie do misji księżycowej.

Porównanie znanej nam współczesnej wersji Sojuza wynoszącej załogi na Międzynarodową Stację Kosmiczną u dołu z pierwotnie planowaną wersją księżycową.

Tak miał wyglądać kompleks N1/L3 po satelizacji na orbicie księżycowej.

Statek Sojuz ŁOK, w którym kosmonauci mieli podróżować, poza kształtem różnił się od CSM Apollo od samego początku i to dosłownie. Na samym przodzie umieszczony był port cumowniczy systemu Kontakt. W przeciwieństwie do rozwiązania amerykańskiego nie umożliwiał on przejścia ludziom przez hermetyczny tunel pomiędzy statkami. Na stożkowym porcie znajdowała się sonda której celem było trafić do pasywnego urządzenia cumowniczego umieszczonego na szczycie powracającego ze Srebrnego Globu lądownika. Cumowanie miało odbyć tylko raz, gdyż skoro nie było możliwości hermetycznego połączenia pojazdów nie musiano przeprowadzać operacji ich dokowania przed lądowaniem na Księżycu (manewr wymagany w misjach Apollo). W związku z tym ŁK znajdował się za Sojuzem- w takiej konfiguracji w jakiej został wystrzelony. Wspomniane pasywne urządzenie dokujące było metalową siatką z otworami w kształcie sześciokąta. System był prosty i co ważne lekki. Sojuz musiał po prostu „zaczepić” się o jeden z otworów żeby połączyć obydwa statki. Tego typu rozwiązanie określiło też inną ważną czynność która miała być wykonana tylko w rozwiązaniu rosyjskim. Przesiadka człowieka z Sojuza do lądownika (i z powrotem) musiała się odbyć za pomocą spaceru kosmicznego pomiędzy dwoma pojazdami na księżycowej orbicie. Żeby pojazdy się na tej orbicie znalazły musiały się w okolicy Księżyca najpierw znaleźć.

Porównanie lądowników rosyjskiego po lewej i amerykańskiego po prawej. Od razu rzuca się w oczy dysproporcja w rozmiarach spowodowana mniejszym udźwigiem rakiety N1, 75ton w porównaniu ze 105 tonami Saturna V.

Do tego celu miała służyć ciężka rakieta nośna N1. Była ciężka nie tylko ze względu na swoją masę, ale jak historia pokazała ze względu na próby jej eksploatacji. Wprawdzie pomimo swojego przypominającego piramidę kształtu mocno różniła się wizualnie od Saturna V to była typową wielostopniową rakietą nośną zawierająca jednak nietypowe trzydzieści rozwiązań w swoim pierwszym stopniu. Rosjanie zdecydowali się użyć aż tylu właśnie pracujących jednocześnie w chwili startu silników rakietowych NK-15. To niefortunne rozwiązanie sprawiło, że wszystkie cztery wystrzelenia zakończyły się katastrofalnymi porażkami. Najdłuższy pojedynczy lot trwał tylko 107 sekund po czym rakieta eksplodowała. W czasie innej próby wybuchła na stanowisku startowym czym ustanowiła rekord największej nie jądrowej eksplozji w historii wywołanej przez człowieka. Siła wybuchu została oceniona na 7 kiloton^vii. Patrząc z perspektywy czasu tych katastrof było można uniknąć. Jak się okazało silniki były testowane pojedynczo i testy zakończyły się pozytywnie. Nigdy ich jednak nie przetestowano pracujących w zespole a to właśnie podczas wspólnej pracy pojawiały się problemy związane z wibracjami, zrywaniem przewodów paliwowych i skomplikowaną charakterystyką płomieni wylotowych.^viii Ta różnica konstrukcyjna spowodowała, że w przeciwieństwie do swojego konkurenta, Saturna V rakieta N1 została zapomniana a problematyczne silniki zamknięto w magazynie. Ciekawostką jest fakt, że po kilkudziesięciu latach zostały drogą zakupu nabyte przez firmę Orbital Sciences. Po przeróbkach zostaną one użyte do napędu rakiety Antares (pod nazwą AJ26) na której szczycie znajdzie się statek towarowy Cygnus zaopatrujący ISS!^ix

Rywal Saturna V- Ciężka rakieta nośna N! Niestety pechowa.

Z drugiej strony inne elementy związane z samym lądowaniem były gotowe i w interesujący sposób różniły się od rozwiązań USA. Rosjanie dużą wagę przywiązali do przygotowania lądowiska. ŁK miał osiąść na przygotowanym oraz zbadanym wcześniej rejonie oraz z oczekującym na niego sprzętem, który znalazłby się tam wcześniej! Program Łunochod znany z dwóch udanych misji został oryginalnie stworzony dla wsparcia załogowej misji księżycowej^x. Bezzałogowe łaziki miały zbadać okolicę lądowania, służyć jako radioboja przy precyzyjnym podejściu lądownika do powierzchni Księżyca, oraz co najciekawsze być jednoosobowym pojazdem księżycowym do wykorzystania przez pierwszego Rosjanina na Księżycu. Ta możliwość związana jest z jeszcze ciekawszym pomysłem planowanej misji księżycowej. Był to przewidziany plan awaryjny w sytuacji gdyby okazało się, że pojazd którym przybył na Księżyc z jakiegoś powodu jest niesprawny i nie zabierze go do z powrotem do domu. Okazuje się, że w zasięgu Łunochoda miał znajdować się umieszczony wcześniej awaryjny lądownik ŁK^xi. Takiego komfortu psychicznego nie mogli mieć astronauci misji Apollo 11. Gdyby okazało się, że lądownik Eagle ma problem z silnikiem, który miał go oderwać od księżycowej powierzchni byłby to wyrok dla dwójki astronautów. Plan zapasowy nie istniał. Mało tego, sam silnik wznoszący nie był nawet jako krytyczny element zdublowany. W projekcie ŁK uwzględniono możliwość uszkodzenia napędu mając ku temu realne przesłanki. Projekt rosyjski zakładał, że lądownik użyje tego samego silnika do lądowania oraz następnie startu z powierzchni Księżyca. Zaistniała poważna obawa, że strumień gazów wylotowych i wznoszących się drobin regolitu uszkodzi ten element. W lądowniku amerykańskim zniszczenie silnika podczas lądowania było nieistotne, ponieważ powrót na orbitę księżycową był zapewniany przez osobny silnik zaprojektowany tylko do tej roli^xii. Stan napięcia był jednak zapewniony z tego powodu, że musiał to zrobić za pierwszą próbą, gdyż tylko na jedno odpalenie był zaprojektowany. W rozwiązaniu rosyjskim istniał silnik zapasowy, który mógł być w razie potrzeby odpalony zarówno w fazie zejścia jak i wznoszenia z powierzchni Księżyca.^xiii Dzień w którym moglibyśmy obejrzeć Rosjan lecących na Księżyc jednak nigdy nie nadszedł.

Nieudana rakieta N1 jest często wymieniana jako główna winowajczyni tego stanu rzeczy jednak do pojedynczej katastrofy zwykle prowadzi spora ilość małych błędów. Radziecki pogram załogowego lądowania na Srebrnym Globie nie stanowił odstępstwa od tej reguły.

Wyścig księżycowy nie był wydarzeniem, które pojawiło się na drodze ewolucji- przynajmniej nie po stronie amerykańskiej. Gdy prezydent Kennedy ogłosił światu, że zdecydował się wysłać człowieka na Księżyc, USA miało w załogowych lotach kosmicznych tylko jedno doświadczenie w postaci krótkiego suborbitalnego lotu kapsuły Freedom 7 umieszczonej na dostosowanej rakiecie balistycznej. Gagarin w czasie swojego lotu osiągnął orbitę i jak się miało okazać był to jeden z wielu epizodów na arenie wczesnej astronautyki, gdzie Rosjanie wyprzedzili Zachód. Pomimo, że wynik końcowy wyścigu okazał się niekorzystny dla astronautyki rosyjskiej to przegranemu należy się kilka słów obrony. Najważniejszą kwestią jest to, że cel wyścigu został ogłoszony przez USA, które wcześniej się do tematu przygotowały. W planach Rosjan lądowanie człowieka na Księżycu nie figurowało. Rakieta N1 we wczesnym projekcie Korolowa miała zawieźć człowieka o wiele dalej, bo na załogowy przelot wokół Marsa lub Wenus, oraz być w stanie wynieść na orbitę ciężką wojskową stację kosmiczną. Rosjanie mieli obraną zupełnie inną ścieżkę rozwoju własnej astronautyki. Była ona też wielowątkowa, nie skupiona na jednym celu. Większa część wysiłków miała charakter wojskowy. Korolow ze swoimi pomysłami musiał zabiegać o poparcie polityków, gdyż programy cywilne/naukowe nie cieszyły się szczególnym priorytetem. W rezultacie władze rosyjskie przystąpiły do konkurowania z amerykanami dopiero w 1964 roku czyli 3 lata później.^xiv Po drodze pojawiło się wiele problemów, które kumulując się wywołały efekt lawiny, który pogrzebał program.^xv Za trzy letnim opóźnieniem poszedł brak odpowiedniego finansowania. Wynosił on 1/10 budżetu przeznaczonego przez USA. Z tego powodu nie przygotowano stanowiska testowego pierwszego stopnia rakiety N1. Wypadek losowy w postaci śmierci charyzmatycznego Korolowa spowodował problemy w zarządzaniu projektem. Inną kwestią była zmiana na szczytach władzy w kraju. Breżniew nie popierał tak programu księżycowego jak Chruszczow. Dochodziło do konfliktów między konstruktorami co było spowodowane złą budową struktury zarządzania. W fabrykach duży problem stanowiła kontrola jakości. W kwestiach technicznych pojawił się problem przy wyborze odpowiedniego paliwa. Później doszła kwestia fundamentalnego błędu w projekcie nie przewidującego tak skomplikowanych właściwości gazów wylotowych rakiety. Te mało znane wydarzenia doprowadziły do tego, że to Program Apollo stał się ikoną załogowego podboju przestrzeni kosmicznej. Warto pamiętać jednak, że miał konkurenta i historia mogła potoczyć się inaczej.

Fotografia przedstawia prawdziwy i istniejący lądownik LK w jednym z rosyjskich muzeów.

i http://www.telegraph.co.uk/science/space/5737854/Russian-spacecraft-landed-on-moon-hours-before-Americans.html

ii http://www.planetary.org/explore/space-topics/space-missions/missions-to-the-moon.html -akapit z Luną 15 „The Soviets issued a statement claiming the research part of the mission was complete…”

iii http://www.telegraph.co.uk/science/space/5737854/Russian-spacecraft-landed-on-moon-hours-before-Americans.html “People in Jodrell’s control room can then be heard shouting „it’s landing” and „it’s going down much too fast” as they track Luna 15’s final moments before it crashes.A voice is later heard saying: „I say, this has really been drama of the highest order.”

ivhttp://www.astronautix.com/craft/lk.htm akapit „LK Flight Tests „ znalazłem również informacje powielaną w różnych tekstach (w tym angielskiej wikipedii) o misji Kosmos 382 jednak w wykazach misji ewidentnie figuruje jako „A flight test of the Block D upper stage version developed for the N-1 „

vhttp://www.astronautix.com/craft/lk.htm „it had a different landing profile; it was only 1/3 the weight of the LM; it was limited to a crew of one;  „

vihttp://www.astronautix.com/graphics/l/lkprof.gif

viihttp://en.wikipedia.org/wiki/List_of_the_largest_artificial_non-nuclear_explosions#Post_World_War_II_era

viiihttp://www.astronautix.com/articles/whynrace.htm „For Block A first stage, only single engine tests could be undertaken at Kuznetsov’s OKB-236.”

ixhttp://www.spaceflight101.com/antares-launch-vehicle-information.html „The Main Engine System consists of two Aerojet AJ-26-62 engines. These are modified NK-33 engines that are being converted by Aerojet, importing the Russian „

xhttp://www.astronautix.com/craft/lunokhod.htm

xihttp://www.astronautix.com/craft/lunokhod.htm oraz http://www.fas.org/spp/eprint/lindroos_moon1.htm akapicie END OF THE ROAD

xiihttp://www.russianspaceweb.com/lk.html akapit „Block E Development „

xiiihttp://www.russianspaceweb.com/lk.html akapit: Block E technical description „

xivhttp://www.russianspaceweb.com/spacecraft_manned_lunar.html

xvWszystkie problemy które zostaną wymienione z: http://www.astronautix.com/articles/whynrace.htm

Jeżeli coś pójdzie nie tak, nie będzie jak wrócić… – koncepcje NASA dla systemów ewakuacyjnych stacji kosmicznej (1986-2010)

Tłumaczenie  za zgodą autora. Na podstawie:

Quick – to the escape pods!  na: BEYONDAPOLLO.BLOGSPOT.COM autor: DAVIDES. F. PORTREE

źródło: NASA

    Można by pomyśleć, że coś takiego jak astronautyka załogowa jako z gruntu przedsięwzięcie o wysokim stopniu ryzyka powinno być asekurowane na każdym możliwym etapie. W filmach fantastyczno-naukowych nie wybiegających za daleko w przyszłość misje ratunkowe to często stały etap fabuły nad którym przechodzimy do porządku dziennego. Pożar na stacji kosmicznej, utrata hermetyzacji modułów? Zapalamy ostrzegawcze światła tworzące klimat do mającej się odbyć ewakuacji, ewentualnie jakiś dźwięk podkreślający powagę sytuacji i udajemy się do kapsuły ratunkowej. Po godzinie, dwóch jesteśmy z powrotem na Ziemi. Rzeczywistość wygląda trochę inaczej ale nie uprzedzajmy faktów…

       Konsekwencją katastrofy Challengera w 1986 roku było zwrócenie szczególnej uwagi NASA na bezpieczeństwo astronautów. Sen o flocie wahadłowców wykonujących tanie rutynowe i bezpieczne loty na orbitę skończył raptem 5 lat po pierwszym locie. Amerykańska agencja zdała sobie sprawę z faktu, że nie będzie miała możliwości natychmiastowej ewakuacji astronautów z planowanej stacji kosmicznej jeżeli ta stałaby się niezdatna do życia, lub gdyby wystąpienie przypadku medycznego przekraczało możliwości poradzenia sobie z nim załogi (operacja). NASA zaczęła myśleć nad kapsułą ratunkową dla przyszłej stacji kosmicznej.

      Amerykanie z właściwym sobie talentem do nadawania pomysłowych skrótów, przystąpili do studiów nazywając wczesną koncepcję takiej kapsuły SCRAM (Station Crew Return Alternative Module), który później zamienił się w ACRV (Assured Crew Return Vehicle). Obydwie koncepcje przypominały mały moduł stacji z osłoną termiczną doczepioną w sposób, który przypominał w całości…kapelusz. Wraz z projektowaniem kapsuły ratunkowej równolegle trwały prace nad samą stacją. Najważniejszy moment dla całości projektu to lata 1993-1994 gdy USA i Rosja zgodziły się połączyć projektowane stacje: Alfa i Mir-2 w Międzynarodową Stację Kosmiczną. Problem praktycznie sam się rozwiązał. Partnerzy zgodzili się że za kapsuły ratunkowe posłużą rosyjskie statki Sojuz. Jak bardzo była to krytyczna decyzja okazało się w 2003 roku gdy katastrofie uległa Columbia uziemiając całą flotę wahadłowców. Przez cały ten czas w tle, minimalnymi środkami wciąż studiowano kolejne pomyły pojazdów ewakuacyjnych. Na przełomie XX i XXI wieku kapsuła ewoluowała do postaci mini wahadłowca jednak później wrócono z powrotem do pierwotnej formy.

W 2004 roku rozpoczęło się opracowywanie na statku CEV -Crew Exploration Vehicle w ramach programu Constellation znanego wszystkim bardziej jako Orion. Miał on ponownie po kilku dekadach przerwy zawieźć człowieka na Księżyc. W roku 2010 prezydent Barak Obama skasował program Constellation którego Orion był częścią. Na szczęście sam statek Orion jako jedna z wielu składowych programu został uratowany. Zgodnie z oświadczeniem Białego Domu nowa kapsuła ma być wystrzelona bez załogi na ISS i zadokuje tam jako statek ewakuacyjny. Z biegiem czasu ma zostać udoskonalona żeby móc wykonywać inne zadania takie jak załogowe misje w głęboką przestrzeń czy loty księżycowe (przeloty dookoła bez lądowania).

     Podsumowując pozwolę sobie na odrobinę uszczypliwości. Pierwsze moduły nowej stacji zostały umieszczone na orbicie w 1998 roku. Po blisko 14 latach Amerykanie ciągle pracują nad systemem ewakuacji swoich astronautów. Walerij Rumin z rosyjskiej „Energii” powiedział: „Przez dziesięć lat wydali 11 miliardów dolarów…gdybyśmy tylko my mieli taką sumę. 11 miliardów i niczego nie zbudowali. Wszystko poszło na marne. Po 10 latach mają drewnianą makietę!” (przypis1). Tymczasem do momentu lotu pierwszego Oriona, skuteczny ratunek zapewniają wszystkim na stacji wielcy przegrani wyścigu kosmicznego z lat 60tych. Zaprojektowane do lotów księżycowych Sojuzy.

Przypis 1:The Story of Manned Space Stations: An Introduction, Philip Baker, Springer-Praxis, 2007, s 95.

Autor oryginalnego artykułu: DAVIDES. F. PORTREE na Beyond Apollo

(http://beyondapollo.blogspot.com)

Sfera Bernala, czyli techniczny transhumanizm (1929r.)

Wizualizacja sfery Bernala

autor: Orland Krzyżanowski

Żyjemy w okresie wielkich zmian społecznych oraz psychologi jednostki. Nie jest to przejście spektakularne czy widowiskowe. Nie może takie być z dwóch powodów- jesteśmy w trakcie jego trwania- brak nam punktu odniesienia i co najważniejsze, sami jesteśmy przedmiotem zmiany. Pojęcie tego procesu doczekało się swojego terminu i definicji użytego po raz pierwszy w 1957 roku przez biologa Juliana Huxleya (jest to brat autora „Nowego wspaniałego świata”)- nosi on nazwę Transhumanizmu.  

Przyziemne przesłanki kosmicznych osiągnięć

John Desmond Bernal kojarzony jest tylko przez zaawansowanych amatorów fantastyki naukowej i tylko w temacie związanym z hipotetyczną megastrukturą nazwaną od jego nazwiska Sferą Bernala. Statkiem lub bardziej habitatem, który rozwinięta cywilizacja może stworzyć w przestrzeni kosmicznej zapewniając sobie dodatkową przestrzeń życiową, oraz ułatwić eksplorację kosmosu.

W opracowaniach technicznych możemy poznać właśnie takie aspekty budowy konstrukcji i zazwyczaj tylko do tego ambitni amatorzy docierają. Warto jednak zdać sobie sprawę, że każde przedsięwzięcie jest umotywowane konkretną przesłanką. Ekonomiczną, religijną, polityczną…rzadko kiedy coś zbudowano tylko dlatego, że było można…zasadniczo nigdy. Cuda świata, podbój kosmosu czy budowle architektoniczne na przestrzeni wieków mają w tle bardziej przyziemną proweniencję (oraz wiele ofiar, o których nie pamiętamy podziwiając gigantyczne mosty zamki czy świątynie)

John Desmont Bernal był postacią kontrowersyjną, gdyż będąc Brytyjczykiem był jednocześnie członkiem partii komunistycznej co w latach 60tych i 70tych nie było najbardziej popularnym wyborem ideologicznym gdy żyło się na zachodzie. Z drugiej strony był też fizykiem, historykiem nauki i futurologiem co może poniekąd tłumaczyć fascynację ustrojem komunistycznym, który bądź co bądź był eksperymentem inżynierii społecznej- tworem w znacznej mierze sztucznym i próbą świadomego (niestety też siłowego) utworzenia „nowoczesnego” systemu społecznego. Związek Radziecki, który Bernal darzył nieukrywaną sympatią poza oczywistymi dla nas minusami miał dla twórcy idei kosmicznej megastruktury drugą- lepszą stronę. Od strony naukowej zwrócony był na postęp techniczny i wiarę w to, że ta technika umożliwi stworzenie nowego człowieka. W zakresie astronautyki eksploracja przestrzeni kosmicznej w dłuższej perspektywie była dla Rosji czymś oczywistym i nieprzeliczalnym na wartości kapitalistyczne. Rzecz nie musiała się opłacać. Dla świata zachodniego takie podejście do sprawy było abstrakcyjne.

Powyższy akapit powstał nie z chęci „tłumaczenia” opisywanej postaci z niepopularnych poglądów ale celem stworzenia tła na którym zrodził się pomysł Sfery. Miała ona być nie tyle studium nowego statku kosmicznego co autonomiczną kolonią kosmiczną i zamkniętym społeczeństwem, które korzystając z możliwości jakie Sfera dawała mogło zorganizować się w wolny w stosunku do mieszkańców Ziemi sposób. Pomysł wykorzystania konstrukcji jako kosmicznego statku pokoleniowego doszedł dużo później.  Oryginalny zamysł został zaproponowany w 1929 roku w napisanej przez Bernala książce pod tytułem „The World, the Flesh and the Devil„. Ciekawostką jest, że sam Arthur C. Clarke określił ją „najbardziej błyskotliwą próbą przewidzenia rozwoju nauki  do tej pory stworzoną”.

„Nowy wspaniały świat”

Bernal przedstawił w niej konstrukcję opartą o olbrzymią sferę będącą kosmicznym habitatem dla zamieszkujących ją kolonistów. Zaproponował średnicę konstrukcji wynoszącą 16 km oraz docelową populację na 20-30 tysięcy mieszkańców. Całość dla zapewnienia grawitacji miała się obracać.

Ruch rotacyjny sfery jest najbardziej interesującą rzeczą w całej koncepcji gdyż wiąże się z szeregiem interesujących warunków, które by powstały. Grawitacja równa ziemskiej występowałaby na „równiku” czyli obwodzie sfery. Tam miała zostać umieszczona część mieszkalna. Im bliżej osi sfery (im wyżej) grawitacja przeszłaby w mikrograwitację. Na samej powierzchni im bliżej osi sfery warunki grawitacyjne również by się zmieniały. Przy zmniejszonym ciążeniu w pobliżach początku i końca sfery znajdować się miały pola uprawne oraz części przemysłowe i inżynieryjne, które z takich warunków mogłyby zyskać. Na samym końcu (i początku) dokładnie w osi konstrukcji miała znajdować się śluza przez którą wlatywałyby statki kosmiczne. Przy takim rozwiązaniu mogłyby poruszać się w „środku” sfery wzdłuż jej osi lub zawisnąć w dowolnym punkcie 8 km nad powierzchnią Sfery i tam zostać obsłużone. Uniknięto by w ten sposób skomplikowanych i energochłonnych startów z obszarów o normalnej grawitacji. Same statki zaopatrzeniowe nie musiałyby też być „dwuzadaniowe”- wystarczyłoby, że byłyby zaprojektowane do poruszania się w przestrzeni kosmicznej w warunkach mikrograwitacji- oś sfery zapewniałaby im niemal niezmienione warunki.

Na rozwój koncepcji w postaci naukowych i technicznych podstaw trzeba było poczekać do lat 70tych. Na uniwersytecie Stanforda w 1975 roku w ramach studiów związanych koloniami kosmicznymi zebrano różne koncepcje i próbowano nadać im realny stopień wykonalności. Dr Gerard O`Neill zaproponował „Island One”- zmodyfikowaną wersję Sfery Bernala o dostosowanej do współczesnych możliwości technicznych średnicy 500m i rotacji 2 pełnych cykli na minutę. Przy tak zmniejszonej konstrukcji nadającym się rejonem do odtworzenia środowiska ziemskiego byłby pas wzdłuż równika. Światło słoneczne miało być zapewniane przez duże okna umieszczone przy „biegunach”. Sferę Bernala wybrano jako kształt umożliwiające wyrównane ciśnienie atmosferyczne i łatwość stworzenia sztucznej grawitacji.

Ewolucja

Nieco później Sfera wyewoluowała za sprawą O`Neilla w „Island Three” (po „Island One” zaproponował powiększoną Sferę „Island Two” , która nie wnosiła nic nowego do pomysłu). „Island Three” znana jest dzisiaj lepiej pod nazwą cylinder O`Neilla. W tym samym czasie (1975 rok) w toku rywalizacji akademicko naukowych pracownicy z Uniwersytetu Stanforda zaproponowali podobną konstrukcję zwaną Torusem Stanforda jako kontrpropozycje. Rozpoczęła się moda na kosmiczne megastruktury która zaowocowała kilkoma nowymi konstrukcjami, na które będzie pewnie trzeba trochę poczekać…

Wizualizacja Toursa Stanforda z filmu „Elizjum”

Podsumowanie

Co możemy powiedzieć po kilkudziesięciu latach z perspektywy w sprawie „nowego człowieka”, który miał dzięki technice powstać? Zmiana się dokonuje.  Kilka lat temu transhumanizm wydawał się ideą nie mniej fantastyczną niż kosmiczne megastruktury. Tego lata podczas urlopu słuchając radia TOK FM podczas jednaj z nocy obserwacyjnych rozpoczęła się audycja traktująca o pojęciu oraz kierunku w którym poszło zjawisko. Dyskutujący (pracownicy naukowi polskich uczelni) zwrócili uwagę, że od dłuższego czasu już przenosimy się w przestrzeń przerzucając tam swoje życie i generując tam wydarzenia. Nie jest to przestrzeń kosmiczna ale cyfrowa…informacyjna. Technika nie umożliwiła nam fizycznej ascendencji w przestrzeń ale umożliwiła sięgnięcie umysłem ponad jej obecne ograniczenia tworząc nową rzeczywistość wolną od ograniczeń fizycznych. Skupiliśmy się na nośniku który jesteśmy w stanie umieścić gdziekolwiek chcemy i zlikwidowaliśmy niewspółpracującą przestrzeń, której pokonywanie sprawia nam tyle trudności. Tym nośnikiem nas samych stała się informacja. Sprowadzenie/wyprowadzenie nas w postać poruszających się z prędkością światła strumieni danych.

Nadmuchiwane statki kosmiczne-

Woschod 2 podczas kłopotliwego wejścia w atmosferę.

autor: Orland Krzyżanowski

8 kwietnia 2016 roku w ogłuszającym huku dziewięciu silników na paliwo ciekłe od ziemi oderwała się rakieta nośna Falcon 9. Inna niż wszystkie. Po kilkunastu minutach na orbicie znalazł się towarowy statek Dragon z niecodziennym ładunkiem zmierzając do portu docelowego jakim była Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. W tym samym czasie rakieta Falcon 9 zamiast ulec zniszczeniu po spełnieniu swojej roli… powracając z kosmosu wylądowała miękko na platformie morskiej. Po raz pierwszy  w historii będzie ją można ponownie wykorzystać do wyniesienia na orbitę innego ładunku. Niech to historyczne wydarzenie nie przesłoni jednak celu z jakim wzniosła się w powietrze.

Technologia XXI wieku?

Statek towarowy Dragon zadokował do ISS 10 kwietnia. Na jego pokładzie znalazł się doświadczalny moduł BEAM, który zostanie przyłączony do stacji i…nadmuchany. Ze względów bezpieczeństwa przewiduje się techniczne wizyty kosmonautów module, który poza tym będzie zamknięty. Wydawać by się mogło, że jest to technologia fantastyczna przypisana myśli twórczej 21 wieku. Nic bardziej mylnego.

Niecodzienny ładunek misjo zaopatrzeniowej CRS-8: nadmuchiwany moduł Międzynarodowej Stacji Kosmiczej. Nowość rodem z fantastyki naukowej?…nie do końca.

50 lat wstecz

Na początku załogowej eksploracji kosmosu w pionierskich lotach lat 60tych podobna technologia została wykorzystana w historycznym „pierwszym razie”- spacerze kosmicznym Aleksieja Leonowa. Nadmuchiwany moduł- śluza powietrzna była elementem prymitywnego statku Woschod 2 który znalazł się na orbicie 18 marca 1965 roku.

Tak wyglądał Woschod 2 w momencie rozpoczęcia pierwszego w historii spaceru kosmicznego.Stożkowata część jest modułem serwisowym. Element sferyczny to kapsuła powrotna oraz moduł dowodzenia. Do niego doczepiony był nadmuchiwany moduł Wołga.

Na jego pokładzie znajdowała się 2 osobowa załoga. Ciekawostką jest, że żeby wygospodarować miejsce w jednoosobowej kapsule na dodatkowego członka załogi zrezygnowano z systemów bezpieczeństwa w postaci katapultowanych foteli. Nie było sposobu ewakuacji w razie gdyby coś poszło nie tak. A pójść „coś” mogło nie tak na każdym etapie lotu. Pewnym pocieszeniem miał być fakt, że statek posiadał zapasowy silnik do deorbitacji w razie gdyby podstawowy nie zadziałał. Mało osób wie, że niewiele brakowało żeby podczas powrotu zabrakło na pokładzie jednego członka załogi…ale po kolei.

Moduł- śluza powietrzna WOŁGA

Dodanie śluzy powietrznej do Woschoda było koniecznością gdy zdecydowano się na profil misji zakładający przeprowadzenie pierwszego w historii spaceru kosmicznego. Wszystkie systemy statku były chłodzone powietrzem. Gdyby zdehermetyzowano kabinę w celu bezpośredniego wyjścia ze statku nastąpiłoby ich przegrzanie. Sam statek był na tyle improwizowany (zasadniczo zmodyfikowany Wostok) i ograniczony możliwościami rakiety nośnej, że nie wchodziło w grę jego diametralne przeprojektowanie…zresztą nie było też czasu w atmosferze wyścigu kosmicznego prowadzonego z USA. Rozwiązaniem okazał się złożony „rękaw”, który po wyniesieniu statku na orbitę został nadmuchany osiągając rozmiary 2,5m długości i  1,2m średnicy.

W ten sposób w 1965 roku na obicie znalazł się pierwszy nadmuchiwany moduł kosmiczny od razu wykorzystany przez załogę.

Kosmiczny thriller…

Oficjalnie pierwsze wyjście człowieka w przestrzeń kosmiczną zakończyło się spektakularnym sukcesem. Leonow przebywał poza statkiem 12 min. i 9 sek oddalając się od niego na 5m. Można by powiedzieć „i tyle w temacie, wszystko poszło jak po maśle”. Tak jednak nie było.

Po wyjściu ze śluzy Wołga Leonow rozpoczął nagrywanie używając ręcznej kamery filmowej. W międzyczasie spostrzegł, że ciśnienie w skafandrze wzrosło do poziomu w którym cały kombinezon się usztywnił zwiększając swoje rozmiary do poziomu uniemożliwiającego powrót przez otwór w śluzie! Co interesujące kosmonauta zachował na tyle zimną krew, że raz nie spanikował a dwa nie powiadomił o tym przez radio kontroli misji. Sam zdecydował o rozszczelnieniu swojego skafandra w próżni w celu wypuszczenia powietrza…co też zrobił i w ten sposób powrócił do śluzy. Tylko w ten sposób udało mu się zachować, życie. Planu awaryjnego nie było.

Jak się miało okazać kolejne trudności były jeszcze przed nimi. Zmodyfikowanie Wostoka do Woschoda nie powiększyło jego wymiarów. Dwójka astronautów miała problem z ponownym zajęciem swoich miejsc. Było to konieczne, w celu przywrócenia statkowi środka ciężkości przed manewrem deorbitacji. Udało im się to prawię minutę po spodziewanym odpaleniu silników hamujących. Statek zaczął schodzić z orbity kilkaset kilometrów po planowanym momencie rozpoczęcia manewru. Wiadomo było, że wyląduje nie w planowanym miejscu. Jakby tego było mało improwizowany Woschod nie uwolnił się od części serwisowej przez co zaczął niekontrolowanie się obracać.

Woschod 2 podczas kłopotliwego wejścia w atmosferę.

Dopiero zwiększone tarcie gęstniejącej atmosfery uwolniło kapsułę od zbędnego balastu na wysokości 100km. Kapsuła przyziemiła 386 km dalej niż się spodziewało w niezamieszkanym obszarze tajgi. W tym momencie kosmiczna misja zmieniła swój charakter na misję survivalową. 2 dni w zaśnieżonej tajdze w towarzystwie wilków. Jest to jednak historia na zupełnie osobny tekst.

Podsumowanie

Jak widać koncepcja „nadmuchiwanych” modułów nie jest tak nowa jak mogłoby się wydawać i ma za sobą już ciekawą 50letnią historię. W NASA również w latach 60tych pracowano nad konceptem „Inflatable station concept (1961r.)”. Blisko pół wieku później W ramach testów przeprowadzono próby na orbicie Genesis I oraz II w 2006 roku oraz 2007 roku.

Genesis I – 2006 rok.

Docelowo ma to umożliwić stworzenie konstrukcji orbitalnej jak na poniższym zdjęciu.

Tak to miałoby wyglądać docelowo.

Orbitalne drogi: Orbity silnie eliptyczne typu Mołnia i Tundra

Satelita Mołnia-  od niego swoją nazwę wzięła orbita silnie eliptyczna typu Mołnia (ang. Highly Elliptical Orbits – HEO)

autor: Orland Krzyżanowski

         Pytając się przeciętnego kierowcy korzystającego z samochodu o trasę jaką wybrał do pokonania wybranego odcinka najpewniej będzie on umiał scharakteryzować rodzaj drogi jaką się poruszał- Autostrada, droga krajowa…albo wewnętrzna bo daleko nie było do osiedlowego sklepu. Nie rzadziej niż ze swojego samochodu korzystamy na co dzień z satelitów choćby oglądając telewizję za pośrednictwem anteny satelitarnej czy korzystając z nawigacji samochodowej. Co zaskakujące użytkownik wspomnianych urządzeń o satelicie, z którego korzysta wie najwyżej tyle, że „jest w kosmosie” dając dowód wielkiej pustej przestrzeni informacyjnej, która tkwi gdzieś między obszarami pozostałych pojęć, o których jakieś wyobrażenie może posiadać…w najlepszym wypadku będzie to informacja o pozostałych typach dróg w kraju- w gorszym, znanie się na polityce i sporcie w stopniu eksperckim.

Satelity „w kosmosie” nie wiszą nad nami nieruchomo zawieszone na niewidzialnej nici podobnie jak samochody na drogach nie stają po wjechaniu na nie. Poruszają się po dokładnie zaprojektowanych ścieżkach, które mają służyć konkretnemu celowi nawet jeżeli nam wydaje się inaczej.

Od fantastyki do rzeczywistości- orbita Clarka

Artur C. Clark znany jest większości jako pisarz fantastycznonaukowy. Autor doskonale zekranizowanej przez Kubricka Odysei Kosmicznej 2001 i kultowych kilkudziesięciu innych pozycji. Mało osób wie, że jest autorem „fantastycznej” wizji, która stała się rzeczywistością każdego z nas w mniejszym lub większym stopniu. Zaprojektował on orbitę geostacjonarną z której korzysta grom satelitów telekomunikacyjnych takich jak znany większości Hotbird. Na znanej zapewne ze słyszenia czy widzenia w kultowym tygodniku telewizyjnym „To & Owo” pozycji 13°E znajdują się trzy aktywne satelity. Są to: Hot Bird 6 (Eutelsat Hot Bird 13A), Hot Bird 8 (Eutelsat Hot Bird 13B) i Hot Bird 9 (Eutelsat Hot Bird 13C). Większość polskojęzycznych satelitarnych stacji telewizyjnych i radiowych jest nadawana z tych satelitów. Poza tą ciekawostką początkowo fantastyczna wizja jest dzisiaj zapchana „pod korek”. Stare satelity są usuwane na tak zwaną Orbitę Cmentarną, żeby nie blokować miejsca nowym.

Satelity telekomunikacyjne aktualnie znajdującej się na orbicie geostacjonarnej- pełny wykaz https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_satellites_in_geosynchronous_orbit

Dlaczego to miejsce „w kosmosie” jest lepsze od innych? Otóż nie jest „lepsze” ale dosyć specyficzne. Orbita geostacjonarna jest „drogą” na której prędkość ciała wynosi około 3,08 km/s, a czas okrążenia przez niego Ziemi jest równy 23 godziny 56 minut i 4 sekundy, czyli tyle ile doba gwiazdowa. W praktyce oznacza to, że dla obserwatora z Ziemi satelita na niej umieszczony „wisi” nad nami cały czas pozornie nieruchomo. I to jest rzecz, która jest nie do przecenienia przy wykorzystywaniu satelitów do przesyłania informacji. Odbiorca wystarczy, że będzie miał antenę satelitarną na stałe celującą w jeden punkt nieba, żeby odbierać sygnał przez umieszczonego tam satelitę. Mało tego Wysokość tej orbity nad Ziemią (równikiem) wynosząca 35 786 km powoduje, że w zasięgu satelity jest 1/3 globu. Przy użyciu 3 urządzeń można uzyskać zasięg globalny…i tak się to też czyni.

Nie wszystko złoto co się świeci

Tytuł tego tekstu jasno mówi, że tematem mają być nic nie mówiące większości orbity wysoko eliptyczne Mołnia i Tundra a tymczasem czytelnik dostał opis orbity kołowej- geostacjonarnej. Jak powiązać tematycznie orbity zilustrowane na poniższej grafice?

Orbita „zielona” to orbita geostacjonarna. Orbita „biała” to wysoko eliptyczna orbita Mołnia oraz bardzo podobna Tundra.

Satelity umieszczone na orbicie mołnia były pierwszą siecią w historii do nadawania ciągłego programów telewizyjnych w historii. Sygnał zaczął być nadawany w październiku 1967 roku w ramach sytemu nadawania Orbita (rus: орбита). Żeby sygnał był nadawany w sposób ciągły konstelacja musiała składać się z minimum trzech satelitów.

Gdyby Rosjanie zdecydowali się  użycie orbity geostacjonarnej do tego samego celu (zasięg krajowy) wystarczyłby jeden satelita. Dlaczego więc zdecydowano się na pierwsze rozwiązanie? Atrakcyjność orbity Mołnia i bliźniaczej Tundra polega na dużo łatwiejszym umieszczeniu na niej satelitów. Orbity te wymagają mniejszej energii a co za tym idzie użycia lżejszych rakiet nośnych co przekłada się też na koszt.

W wypadku Rosji jak i innych krajów leżących na dużych wysokościach geograficznych (jak chociażby duża część Kanady) satelity na orbitach Mołnia i Tundra przelatują bezpośrednio nad obszarem nadawania więc nie muszą mieć aż tak mocnego sygnału nadawczego jak te znajdujące się na orbicie geostacjonarnej. Za sprawą wysokiej inklinacji wynoszącej dokładnie 63.4°. Ich sygnał dochodzi do regionów polarnych, które są nieobsługiwane przez satelity geostacjonarne.

Jak widać satelity geostacjonarne mają też swoje ograniczenia. Ich sygnał nie dociera na duże wysokości geograficzne.

Tutaj właśnie wygrywają orbity silnie eliptyczne. Ze względu na swoją architekturę jak wspomniałem wcześniej użyć trzeba minimum trzech satelitów, żeby sieć nadawała ciągle. Jak widać na grafice poniżej satelita się porusza po elipsie. Z godnie z prawem Keplera w najwyższym punkcie orbity satelita będzie poruszał się najwolniej (w rzeczywistości niemal staje w miejscu) 3 godziny przed osiągnięciem apogeum i 3 godziny po jest możliwość nadawania nad wybranym regionem. Gdy schodzi on ze szczytu orbity zaczyna przyspieszać i „tracić z oczu” swój obszar. W tym momencie w 6 godzinne „okienko” powinien wejść następny satelita z konstelacji przejmując zadanie poprzednika.

 

Orbity Mołnia są orbitami 12 godzinnymi. Orbita tundra jest orbitą podobną ale tak jak orbita geostacjonarna ma charakter geosynchroniczny i jest 24 godzinna.

Różnica pomiędzy orbitą Mołnia i Tundra w odniesieniu do innych orbit.

Po opisie zalet warto zwrócić uwagę na wady tych orbit. Po pierwsze satelity na orbitach eliptycznych przechodzą kilka razy na dobę przez pasy radiacyjne van Allena. Mówiąc krótko to nie dobrze dla elektroniki. Po drugie znajdują się w nieustannym ruchu względem stacji odbiorczych. Powoduje to, że anteny tych stacji muszą być ruchome, żeby śledzić takiego satelitę. Wyobrażacie sobie antenę satelitarną, która cały czas za waszym oknem musiała by się obracać? Rozwiązanie skomplikowane i kosztowne. Dlatego też system Orbita miał skomplikowane stacje odbiorcze i z nich dopiero sygnał wysyłany był do indywidualnych odbiorców. W wypadku Rosji zmieniło się to w 1976 roku gdy nadawanie zaczęły satelity konstelacji Ekran w systemie „bezpośrednio do domu” już z orbity geostacjonarnej.

Bohater tego tekstu- satelita Mołnia na ekspozycji w muzeum.

Podsumowanie

Podsumowując ważne jest, żeby nie dzielić rozwiązań technologicznych na lepsze i gorsze. Obydwa typy orbit jak pokazałem wyżej mają swoje plusy i minusy. Orbity mołnia świetnie wypełniają lukę funkcyjną orbit geostacjonarnych. Są też na przyszłość alternatywą gdy orbita geostacjonarna będzie tak zatłoczona, że nie do wykorzystania a całkiem możliwe, że czas ten nie jest tak odległy. Dostęp do nich jest też możliwy przez podmioty nie dysponujące ciężkimi rakietami nośnymi.

rosyjski Znaczek pocztowy poświęcony konstelacji Mołnia.