Powrotem na Księżyc
Kiedy astronauci misji Apollo 17 w 1972 roku powrócili z Księżyca, nie zdawali sobie sprawy, że przez ponad 50 lat będą ostatnimi ludźmi, którzy wylecieli w głęboką przestrzeń kosmiczną. Chociaż prezydenci George W. Bush, Barack Obama, Donald Trump i Joe Biden planowali kolejne loty księżycowe, od tego czasu żaden astronauta nie zapuścił się poza orbitę Ziemi. Aż wreszcie NASA planuje wysłać ludzi z powrotem na Księżyc za pomocą misji Artemis II, która ma wystartować jesienią 2025 roku. Dlaczego takie loty są aż tak trudne?
Nowa misja pod pewnymi względami przypomina lot Apollo 8 z 1968 roku, kiedy to trójka ludzi okrążyła Księżyc bez lądowania, a następnie wróciła na Ziemię. W ramach pierwszego załogowego testu nowej rakiety NASA Space Launch System (System Lotów Kosmicznych; SLS) oraz kapsuły kosmicznej Orion, misja Artemis II wyśle czterech astronautów na 10 dni na orbitę wokółksiężycową. Chociaż Stany Zjednoczone przez dziesięciolecia mogły udoskonalić takie wyprawy, nadchodząca podróż przypomina swojego kuzyna sprzed pół wieku i wcale nie będzie łatwiejsza.
Robić rzeczy „nie dlatego, że są łatwe, ale dlatego, że są trudne” to fragment uzasadnienia, które prezydent John F. Kennedy przedstawił w słynnym przemówieniu z 1960 roku, chcąc zwiększyć poparcie dla programu Apollo. I to, co było prawdą wtedy, pozostaje prawdą dzisiaj – w rzeczywistości dotarcie na Księżyc może być jeszcze trudniejsze niż kilkadziesiąt lat temu.
Realizujący program Artemis borykają się z dużymi opóźnieniami, przekraczaniem kosztów i niespodziewanymi trudnościami. Przypomina to wiele problemów pojawiających się w programach naziemnych, takich jak modernizacja metra czy budowa autostrad, które również trwają znacznie dłużej, niż planowano, i często kosztują o wiele więcej niż w (rzekomo) dobrych czasach. Czy naprawdę trudniej jest teraz tworzyć wielkie rzeczy? A jeśli chodzi o Księżyc, dlaczego powtórzenie wyczynu dokonanego przez Stany Zjednoczone ponad pół wieku temu miałoby się tak odwlekać?
Następny krok Artemis to właściwie powtórka misji Apollo 8, ale cały program ma wielkie ambicje wykraczające poza Księżyc. „Naszym ostatecznym celem jest Mars – mówi Matthew Ramsey, kierownik misji Artemis II. – Dotarcie na Marsa i przebywanie na nim to bardzo trudne wyzwania, więc robimy to kawałek po kawałku”.
Pierwsza misja programu, Artemis I, zrealizowana w 2022 roku, polegała na wysłaniu bezzałogowego statku kosmicznego na orbitę wokół Księżyca i sprowadzeniu go na Ziemię. Następna po Artemis II, trzecia z sześciu odsłon programu, umieści ludzi na naszym naturalnym satelicie, a następnie zainstaluje elementy krążącej wokół Księżyca stacji kosmicznej Lunar Gateway (Księżycowe Wrota). Późniejsze misje skupią się również na tworzeniu kolonii mieszkalnych na powierzchni Księżyca.
Program Artemis, choć ledwo wystartował, już odnotował duże opóźnienia, a jego realizacja wiąże się z poważnymi problemami, które zostały przedstawione w niedawnym audycie przeprowadzonym przez biuro inspektora generalnego NASA. Po pierwsze, do 2025 roku pochłonie on 93 mld dolarów, czyli dużo więcej niż przewidywano. Po drugie, doświadczenia z misji Artemis I ujawniły „krytyczne kwestie, którymi należy się zająć przed wysłaniem załogi w misję Artemis II” – czytamy w sprawozdaniu z audytu. Dla przykładu, osłona termiczna kapsuły Orion zepsuła się nie tak, jak przewidywali inżynierowie, z powodów, których jeszcze nie rozumieją. Bolce na statku kosmicznym uległy „nieoczekiwanemu stopieniu i erozji”. W systemie zasilania wystąpiły anomalie, które mogłyby pozostawić przyszłą załogę bez odpowiedniej energii i rezerw, a być może bez napędu lub ciśnienia.
Według raportu te „anomalie” – termin używany przez specjalistów z branży kosmicznej w odniesieniu do dużych problemów – „stanowią znaczące zagrożenie dla bezpieczeństwa załogi”. Do tego doszły inne utrudnienia związane ze sprzętem, danymi i komunikacją. Co więcej, inspektor generalny stwierdził, że pierwszy start spowodował niespodziewane uszkodzenie systemu, co skutkowało naprawami kosztującymi ponad 26 mln dolarów, czyli znacznie więcej, niż zespół przewidział w budżecie. Mamy więc do czynienia z wieloma problemami i dużymi nakładami finansowymi – zwłaszcza że chodzi o misję, która początkowo nie przyniesie żadnych osiągnięć, których nie dokonaliśmy w latach 60.
Jeśli wziąć pod uwagę, że misje księżycowe przeprowadzaliśmy już wcześniej, może wydawać się dziwne, iż dzisiejsze okazują się aż tak dużym wyzwaniem. Jednakże, jak mówi Scott Pace, dyrektor Space Policy Institute na George Washington University, okoliczności są teraz całkowicie odmienne. Jak twierdzi, „światowe uwarunkowania są zupełnie inne”. Stany Zjednoczone nie biorą już udziału w wyścigu kosmicznym – egzystencjalnej bitwie o wyprzedzenie komunistów i pierwszeństwo w działaniach poza Ziemią. W tamtych czasach w grę wchodziła dynamika zimnej wojny, a kraje, które niedawno odzyskały niepodległość, decydowały, jaki system rządów wybrać – na tę decyzję (teoretycznie) mogła wpłynąć zdolność demokratycznego kraju do eksploracji kosmosu. Uważano, że taka „miękka siła” mogłaby pokazać, iż amerykańska droga jest najlepsza, a jednocześnie rakiety przypominające pociski sugerowałyby twardą dominację militarną. Mając na uwadze powyższe czynniki, rząd Stanów Zjednoczonych był skłonny przeznaczyć w krótkim czasie ogromne sumy pieniędzy na program Apollo.
Artemis to drogi program, ale Apollo był niebotycznie kosztowny: w dzisiejszych dolarach, według Planetary Society, program kosztowałby około 320 mld, w porównaniu z 93 mld dolarów przeznaczonych na Artemis. W owym czasie NASA często otrzymywała 4% krajowego budżetu. Dziś ma szczęście, jeśli dostanie około 1%, a dodatkowo jest obciążona wieloma innymi projektami, takimi jak statki kosmiczne, teleskopy czy różne projekty badawcze.
Zdaniem Johna Logsdona, emerytowanego profesora George Washington University i założyciela Space Policy Institute, takie ograniczenie budżetu ma sens. „Nie ma powodu, by wydawać pieniądze jak na wojnę – mówi. – Naprawdę nie ma interesu narodowego ani politycznego, który stanowiłby obecnie podstawę dla tego rodzaju mobilizacji”.
Taka mniej dynamiczna postawa zmniejszyła ilość dostępnych funduszy i wprowadziła planowanie misji kosmicznych w meandry. W latach 60. Kennedy ogłosił, że Amerykanie polecą na Księżyc jeszcze w tej samej dekadzie – i tak się faktycznie stało. W dzisiejszych czasach programy lotów kosmicznych ustalone przez jednego prezydenta są często anulowane przez kolejnego tylko po to, aby później wskrzesić je w innej formie. W rezultacie droga w kierunku Księżyca (i dalej) biegnie zygzakami.
Pace zauważa, że zmienił się również porządek światowy, a misje kosmiczne są obecnie realizowane w ramach globalnej współpracy. Program Artemis to kooperacja obejmująca Japonię, Kanadę, Zjednoczone Emiraty Arabskie i Europejską Agencję Kosmiczną. To właśnie międzynarodowe uczestnictwo stanowi istotę programu. „Artemis ma cele naukowe: powrót na Księżyc itd. – mówi Pace. – Ale jest to również sposób na kształtowanie międzynarodowego podejścia do przestrzeni kosmicznej”. Kształtowanie to jest znacznie ważniejsze niż w latach 60., kiedy ludzie w mniejszym stopniu polegali na infrastrukturze unoszącej się nad Ziemią. Obecnie bez orbitujących statków kosmicznych nie działałoby mnóstwo rzeczy – od GPS poprzez systemy ostrzegania przed rakietami aż po bankowość. Przekonanie innych krajów do postrzegania i traktowania przestrzeni kosmicznej jako cennego zasobu, poprzez współpracę z nimi i ustanowienie norm, pomaga zachować bezpieczeństwo w kosmosie i nie dopuszczać do nieodpowiedzialnych działań operującym tam graczom. „Zasady ustanowią ci, którzy dołączą” – mówi Pace.
To bardziej mglisty cel niż wygranie wyścigu. „Gdybyśmy mieli dobre, jasno określone motywacje, wszystko byłoby o wiele prostsze” – mówi Logsdon. Jednakże współpraca z innymi krajami, z których kilka buduje sprzęt dla Artemis, zajmuje więcej czasu niż działanie w pojedynkę – tak samo jak praca nad projektem grupowym może być bardziej kłopotliwa niż samodzielne całonocne ślęczenie. Według inspektora generalnego NASA, globalny charakter programu zwiększa również koszty, a NASA nie ma nadrzędnej strategii postępowania ze wszystkimi partnerami, których zaprosiła na pokład.
Zdaniem Pace’a żaden z tych czynników nie jest jednak główną przeszkodą na księżycowej trajektorii. Mimo że Stany Zjednoczone były już na Księżycu, największym wyzwaniem jest to, że ostatnio na nim nie gościliśmy. „Osiągnęliśmy cel, a potem wszystko zapomnieliśmy” – mówi. To, że przebiegłeś maraton olimpijski 50 lat temu, nie oznacza, że możesz to jutro powtórzyć.
W przypadku Artemis maraton obejmuje również nową, bardziej skomplikowaną technikę. Podstawy rakietowej części równania nie zmieniły się aż tak bardzo: duże rakiety to zasadniczo bomby, które wynoszą obiekty w kosmos. Wielu graczy też jest tych samych. Boeing pracował nad rakietą Saturn V, która wysyłała misje Apollo w przestrzeń kosmiczną. Na potrzeby projektu Artemis firma zaprojektowała i zbudowała główny stopień rakiety SLS, masywną maszynerię o wysokości 65 m i średnicy wynoszącej około 9 m. Element ten dostarcza paliwo do silników, które unoszą SLS z Ziemi i wysyłają go we właściwą stronę – dzięki stworzonemu przez Boeinga systemowi awioniki, który również znajduje się na pokładzie. Firma, obecnie nękana zarzutami dotyczącymi kwestii kontroli jakości w swoich samolotach, jest również odpowiedzialna za konstrukcję górnych stopni rakietowych dla późniejszych misji Artemis, które wyniosą statek kosmiczny poza Ziemię na ściśle określoną trajektorię.
Istnieją pewne duże różnice między dawną pracą Boeinga nad Saturnem V a jego współczesnym kuzynem. Tym razem zbudowano stopnie rakietowe z użyciem sterowanej komputerowo obróbki skrawaniem, a także techniki spawania opartej na tarciu, która nie topi i nie deformuje metalu. Firma wykorzystuje również komputery do analizowania stanu stopni rakietowych i monitorowania ich zachowania w czasie rzeczywistym – czego brakowało programowi Apollo.
Tymczasem Northrop Grumman zajmuje się boosterami, które są przymocowane do stopnia głównego. Podczas startu zapewniają one SLS ponad 75% mocy. Znaczna część techniki boosterów wywodzi się z programu promów kosmicznych, a w niektórych przypadkach ich części faktycznie brały udział w misjach wahadłowców. Boostery te, podobnie jak rakiety, wykorzystują nie ciekłe, ale stałe paliwo rakietowe. „Chcesz uciec tak szybko, jak to możliwe, od ziemskiej grawitacji i z gęstej części atmosfery, gdzie opór powietrza jest znaczny – mówi Mark Tobias, zastępca głównego inżyniera SLS. – I to właśnie umożliwi napęd na paliwo stałe. To prawdziwa moc”.
Plan wykorzystania sprzętu z poprzednich programów kosmicznych jest jednak nieco nieskładny. Dla przykładu, rakieta Space Launch System została pierwotnie zaprojektowana na potrzeby programu Constellation – strategii stworzonej przez administrację George’a W. Busha w celu ukończenia budowy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i przywrócenia ludzkiej obecności na Księżycu. Kongres nakazał, by rakieta ponownie wykorzystała technikę z nieistniejącego już programu promów kosmicznych. Jednakże Obama anulował Constellation w 2010 roku, a w 2017 roku Trump namaścił program Artemis, którego ostatecznym celem jest ponowne wysłanie ludzi na Księżyc i utorowanie drogi do eksploracji Marsa. Również w tym przypadku nowy plan wymagał, by NASA używała pewnych technik opracowanych na potrzeby programu Constellation, co z kolei wiązało się z modyfikacją konstrukcji promów kosmicznych. Wymogi te forsowali kongresmeni reprezentujący regiony, w których znajdowały się centra produkcji części do wahadłowców. Niestety, konwersja tych technik okazała się trudna. Zgodnie z raportem inspektora generalnego NASA przystosowanie części rakietowych do obecnych standardów – na przykład wymiana elementów azbestowych – i modernizacja systemu rakietowego kosztowała znacznie więcej, niż przewidywano.
Firma aerokosmiczna Aerojet Rocketdyne jest odpowiedzialna za silniki i, podobnie jak w przypadku boosterów, poniosła wysokie koszty dostosowania starych silników wahadłowców do Artemis. SLS jest znacznie wyższą rakietą niż prom kosmiczny. Zwiększenie wymiarów wymagało zmiany silników, które muszą radzić sobie z tlenem przepływającym pod wyższym ciśnieniem. Silniki znajdują się również bliżej boosterów niż w wahadłowcu. „To ekstremalne środowisko termiczne – mówi Mike Lauer, dyrektor odpowiedzialny za program silników – więc wymaga ekstremalnej izolacji”.
Podczas lotu na Księżyc (a później na Marsa) silniki Artemis będą również narażone na silniejsze napromieniowanie niż na orbicie wahadłowców. Aby poradzić sobie z tą zmianą, konieczna była modyfikacja znajdujących się w każdym silniku komputerów, które Lauer nazywa „mózgami”. Mózgi te również wymagały modernizacji, ponieważ obecne komputery są zdecydowanie inne niż te z lat 90. Nowe i ulepszone mózgi są w stanie monitorować silniki – także podczas nadchodzącej katastrofy. „Można stworzyć coś, co skoryguje lub nawet ocali misję, a w najgorszym scenariuszu wyłączy silnik, zanim on wybuchnie” – mówi Lauer. W trakcie misji Apollo inżynierowie nie dowiadywali się o problemach tak szybko, by móc je rozwiązać. Dziś, mimo że astronauci podróżują czymś w rodzaju bomby, „ta bomba jest bardzo starannie kontrolowana”.
Modernizacja była jednak trudna i wymagała znalezienia nowych dostawców, ponieważ wielu z tych, którzy pracowali nad promem kosmicznym, nie produkowało już odpowiednich części. Wiadomo, że czasem łatwiej jest zaprojektować i zbudować dom taki, jaki się chce, niż remontować budynek z łazienką obok kuchni i szafkami wiszącymi nie tam, gdzie trzeba.
A propos ujeżdżania bomb. Obecnie NASA traktuje ludzi łagodniej niż w latach 60. ubiegłego wieku, kiedy to po prostu wystrzeliwała pilotów myśliwców w kosmos. Jest to widoczne w projekcie Orion, opracowanym przez firmę Lockheed Martin.
Blaine Brown, dyrektor systemów mechanicznych Oriona, i jego zespół przeprowadzili obliczenia dotyczące różnych rodzajów obciążeń i zaprojektowali te systemy tak, aby ich odporność wielokrotnie przewyższała to, czego można się spodziewać, niezależnie od tego, czy chodzi o wysokie temperatury, czy wielkie przyspieszenia. Dopracowując konstrukcję statku kosmicznego, inżynierowie nadal przeprowadzają szczegółowe symulacje materiałów zastosowanych w Orionie, a także naprężeń, jakim poddawana będzie kapsuła, zagłębiając się w szczegóły potencjalnych słabych punktów w sposób, z którym nie poradziłyby sobie suwaki z lat 60. Spawy i części tworzące osłonę termiczną, dzięki której kapsuła nie spali się podczas powrotu do atmosfery, również zostaną zbadane za pomocą promieniowania rentgenowskiego. Zespół uzyska więcej danych na temat tego, jak pojazd kosmiczny radzi sobie podczas lotu – podobnie jak robią to firmy wykonujące rakiety.
„Wiemy o wiele więcej” niż inżynierowie podczas misji Apollo, mówi Brown. Wciąż jednak pojawiają się nieoczekiwane sytuacje, jak w przypadku awarii osłony termicznej Oriona, w której, pomimo wszystkich wymyślnych symulacji komputerowych, brakowało fragmentów po jej pierwszym powrocie. Nawet przy dzisiejszej mocy obliczeniowej nie ma gwarancji, że rezultat będzie perfekcyjny. Apollo oczywiście działał bez przeprowadzenia takiej analizy. Kiedy jednak takie możliwości predykcyjne są już dostępne, inżynierowie mają niemal etyczny obowiązek je wykorzystywać, aby dokładnie zrozumieć, na co będą narażeni astronauci.
Jak mówi bioetyk Jeffrey Kahn z Johns Hopkins University, nastawienie społeczeństwa do ryzyka od czasu wyścigu kosmicznego uległo zmianie. Kahn uczestniczy w panelach, których zadaniem jest niezależne analizowanie etyki życia astronautów dla National Academy of Sciences – w tym kwestii, jakie ryzyko warto w ogóle podejmować. W latach 60. XX wieku porównanie kosztów i korzyści wyglądało inaczej. Potencjalnie duża korzyść w postaci wygrania wyścigu kosmicznego z komunistami była powszechnie uważana za wartą poniesienia większego ryzyka. Dziś motywacje dla realizacji misji są mniej oczywiste, stawka jest niższa, a wynikające z niej korzyści nie uzasadniają aż tak dużego zagrożenia.
W owych czasach władze nie wiedziały również o niektórych znanych nam dzisiaj niebezpieczeństwach, ponieważ przestrzeń kosmiczna była wówczas nowym wyzwaniem. Astronautów uformowała ich epoka. „Byli pilotami testowymi, ale także jeździli szybkimi samochodami i na motocyklach” – mówi Kahn. Dziś z wielu powodów w kosmos lata większe grono ludzi. „Astronauci nie są jakimś odrębnym gatunkiem” – stwierdza Pace. Być może dlatego cenimy ich życie tak samo, jak własne.
Gdyby coś poszło nie tak, reakcja na ten hipotetyczny wypadek byłaby prawdopodobnie gwałtowniejsza niż wtedy, gdy w 1967 roku w pożarze Apollo I zginęło trzech astronautów. Po tej tragedii głosy wzywające do anulowania lub nawet znacznego opóźnienia misji były bardzo nieliczne. Obecnie, jak twierdzi Logsdon, po ewentualnym wypadku śmiertelnym program Artemis mógłby nie zyskać wystarczającego wsparcia politycznego, aby przetrwać. Tak więc Artemis II i kolejne misje muszą być maksymalnie bezpieczne, aby w ogóle mogły być kontynuowane.
Powrót na księżyc to niejedyna współczesna inwestycja nękana przez opóźnienia i przekraczanie budżetu. Wiele innych wielkoskalowych przedsięwzięć okazywało się z czasem coraz trudniejszych i kosztowniejszych. Dla przykładu, pierwszy system metra w Nowym Jorku został zbudowany w nieco ponad cztery lata i miał 28 stacji; budowa nowej linii w mieście z zaledwie trzema stacjami, ukończona w 2017 roku, zajęła 17 lat. W latach 40. naukowcy opracowali od zera broń nuklearną w ciągu trzech lat, a w przeliczeniu na dzisiejsze pieniądze jej koszt wyniósł około 35 mld dolarów; obecny program modernizacji broni nuklearnej potrwa co najmniej 30 lat i będzie kosztował ponad 1,5 bln dolarów. Pod koniec II wojny światowej Stany Zjednoczone budowały jeden lotniskowiec miesięcznie; stworzenie najnowszego zajęło ponad dekadę.
Leah Brooks, profesor w Trachtenberg School of Public Policy and Public Administration na George Washington University, zajmuje się opóźnieniami w budowie autostrad i dużymi wydatkami. Jej badania wykazały, że zwracanie się do obywateli o opinie na temat projektów – co w dzisiejszych czasach jest wymogiem wielu dużych przedsięwzięć rządowych – to jedna z istotnych przyczyn problemów. Opinie te są często częścią przeglądu środowiskowego, który należy wykonać przed rozpoczęciem projektu. Uwzględnienie „głosu obywateli”, jak nazywa to Brooks, może skutkować droższymi trasami, które co prawda mają mniejszy negatywny wpływ na środowisko lub są mniej uciążliwe dla obywateli, ale wymagają dodatkowej infrastruktury, takiej jak ekrany dźwiękochłonne. W przeszłości władze nie musiały pytać wszystkich o zdanie (ani dbać o środowisko). Przykładem może być Tennessee Valley Authority (Zarząd Doliny Tennessee), podmiot utworzony w latach 30. ubiegłego wieku w celu budowy zapór chroniących przed powodziami i wytwarzających energię elektryczną. „Z nikim się nie konsultuje – mówi Brooks. – Po prostu buduje tamy”. Kennedy nie podjął decyzji o lotach na Księżyc, pytając wszystkich o zdanie.
Wnioski Brooks mogą dotyczyć każdego przedsięwzięcia, które wymaga oświadczenia o wpływie na środowisko – dokumentu przedstawiającego konsekwencje dla środowiska naturalnego i nakazującego przeprowadzenie publicznej konsultacji. Taki dokument powstał w odniesieniu do wcześniejszego programu Constellation; został przedłużony dla programu NASA „post-shuttle human spaceflight program” (program załogowych lotów kosmicznych po erze wahadłowców).
Zdaniem Brooks największą różnicę między sytuacją w przeszłości a obecną może jednak stanowić fakt, że dzisiaj konstruujemy rzeczy lepszej jakości, co jest procesem kosztownym i trwającym dłużej. Być może nie jest to prawdą w przypadku urządzeń gospodarstwa domowego, ale nie dotyczy to barier dźwiękochłonnych na autostradach i, być może, statków kosmicznych. W przypadku Artemis solidniejszy system rakietowy, konsultowanie się z ludźmi, dbanie o ich bezpieczeństwo i współpraca z globalnymi partnerami są prawdopodobnie lepsze dla świata – nawet jeśli powoduje to opóźnienia. Taki brak pośpiechu może mieć nawet pozytywne skutki. Dziś, jak mówi Logsdon, niewiele osób sprzeciwia się programowi Artemis, natomiast program Apollo nie cieszył się społecznym poparciem. W 1961 roku było więcej osób przeciwnych finansowanym przez rząd lotom ludzi na Księżyc niż zwolenników tej strategii. Zgodnie z badaniami przeprowadzonymi przez historyka kosmosu Rogera Launiusa, w 1965 roku większość była przeciwna takim lotom, a w 1967 roku różnica między „przeciw” i „za” wzrosła do prawie 20 punktów procentowych.
Nowe podejście do lotów w głęboki kosmos oznacza bezpieczniejszy, bardziej przemyślany system, który może spotkać się z większą aprobatą opinii publicznej – w kraju i za granicą. Poza tym skoro decydujemy się coś robić, ponieważ jest to trudne – więc co z tego, że jest jeszcze trudniejsze? I po co ten cały pośpiech? Nie bierzemy udziału w wyścigu.
***
Sarah Scoles jest dziennikarką i redaktorką popularnonaukową z Kolorado współpracującą z „Scientific American” oraz starszą redaktorką „Undark”. Jej najnowsza książka to Countdown: The Blinding Future of Nuclear Weapons (Odliczanie: oślepiająca przyszłość broni jądrowej; Bold Type Books, 2024).