Kosmiczne stacje orbitalne

Przez ostatnie dwie dekady Chiny gnały naprzód, by dogonić i wyprzedzić każdy inny kraj kosmiczny, co poważnie zaalarmowało strategów w Waszyngtonie. Coroczny raport bezpieczeństwa narodowego USA, opublikowany 9 kwietnia 2021 roku, poświęcił wiele miejsca na to, jak Chiny stanowią zagrożenie w kosmosie dla Stanów Zjednoczonych. W raporcie stwierdzono, że Pekin pracuje nad prześcignięciem USA w kosmosie, aby uzyskać militarne, gospodarcze korzyści, jakie dotychczas osiągnął Waszyngton. Jednak 20 dni później, 29 kwietnia, Chiny wystrzeliły Tianhe na pokład swojej ogromnej, ciężkiej rakiety Long March-5B. Tianhe lub „Harmonia Niebios”, główny moduł stacji kosmicznej Tiangong, którą Chiny budują na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) około 400 kilometrów nad powierzchnią planety. Raport o zagrożeniach bezpieczeństwa USA zakładał, że spodziewano się, że chińska stacja kosmiczna będzie działać między 2022 a 2024 rokiem. Chiny udowodniły, że oś czasu jest błędna, ponieważ główny moduł stacji kosmicznej już działa w 2021 roku. Potężny komputer centralny już przetwarza dane z eksperymentów i przesyła je z powrotem na Ziemię. Co 92,2 minuty, 400 kilometrów na niebie, chińska stacja kosmiczna okrąża Ziemię, co oznacza wyzwanie Pekinu dla amerykańskiej dominacji kosmosu. Główny moduł Tiangong, 55-metrowy Tianhe, zawierający systemy podtrzymywania życia i systemy kontroli, został zaprojektowany jako pomieszczenia mieszkalne, a od czerwca 2021 roku gości 3 Taikonautów, którzy osiedlili się i prowadzili eksperymenty badawcze i spacery kosmiczne. W maju, zanim ludzie zadokowali z modułem, Chiny wysłały bezzałogowy Tianzhou-2, czyli Niebiański Statek, aby dostarczył ładunek do Tianhe. Ostatnio jednak szerokim echem obiegła cały świat informacja, że Chiny zamierzają budować „Mega stację kosmiczną”. Jest to jeden z projektów, na którego badanie Chiny przeznaczyły ogromny budżet. Naukowcy z Państwa Środka mają zbadać możliwości wynoszenia i składania z modułów konstrukcji orbitalnych wielkości kilku kilometrów. Chiny badają, jak zbudować ultra-duże statki kosmiczne o długości do 1 kilometra. Ale jak realny jest ten pomysł i jaki byłby pożytek z tak masywnego statku kosmicznego? Projekt jest częścią szerszego zaproszenia do składania wniosków badawczych z National Natural Science Foundation of China, agencji finansującej zarządzanej przez krajowe Ministerstwo Nauki i Technologii. W zarysie badań opublikowanym na stronie internetowej fundacji opisano tak ogromne statki kosmiczne jako „główny strategiczny sprzęt lotniczy do przyszłego wykorzystania zasobów kosmicznych, eksploracji tajemnic wszechświata i długotrwałego życia na orbicie”. Z tego wynika, że Chiny planują stworzenie obiektu o wielkości co najmniej kilkunastu ISS. Tutaj na myśl przychodzą filmy takie jak: Star Trek czy Gwiezdne Wojny i inne z serii science-fiction. Chiny jednak myślą poważnie nad stworzeniem takiego pojazdu. Oczywiście fizyki nie da się oszukać, dlatego nie ma możliwości stworzenia tak potężnej konstrukcji na Ziemi, a następnie wyniesienia jej w przestrzeń kosmiczną. Dlatego naukowcy z Chin mają opracować projekt takiego statku, który dałoby się w segmentach zbudować na Ziemi, wysłać na orbitę i tam zmontować już we właściwy statek.

REKLAMA

Przypomnijmy pokrótce jak wyglądało budowanie stacji orbitalnych na przestrzeni kilkudziesięciu lat. Otóż, program Salut był pierwszym programem stacji kosmicznej podjętym przez Związek Radziecki. Obejmował serię czterech załogowych naukowych stacji badawczych i dwóch załogowych wojskowych stacji rozpoznawczych w okresie od 1971 do 1986 roku. Z jednej strony Salut miał za zadanie prowadzenie długofalowych badań nad problemami życia w kosmosie i różnorodnych eksperymentów astronomicznych, biologicznych i ziemskich, a z drugiej strony ZSRR wykorzystywał ten cywilny program jako przykrywkę dla bardzo tajnych wojskowych stacji Almaz, które latały pod oznaczeniem Salut. Salut 1, pierwsza stacja w programie, stała się pierwszą na świecie załogową stacją kosmiczną. Loty Salut pobiły kilka rekordów lotów kosmicznych, w tym kilka rekordów czasu trwania misji, i osiągnęły pierwsze orbitalne przekazanie stacji kosmicznej z jednej załogi do drugiej, a także różne rekordy spacerów kosmicznych. Powstały program Sojuz był niezbędny dla ewolucji technologii stacji kosmicznych od podstawowego etapu rozwoju inżynieryjnego, od pojedynczych stacji dokujących do złożonych, wieloportowych, długoterminowych placówek orbitalnych o imponujących możliwościach naukowych, których spuścizna technologiczna trwa do chwili obecnej. Doświadczenie zdobyte na stacjach Salut utorowało drogę dla wielomodułowych stacji kosmicznych, takich jak Mir i Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS), przy czym każda z tych stacji posiada w swoim sercu moduł bazowy pochodzący z Salut. Mir-2 (DOS-8), ostatni statek kosmiczny z serii Salut, stał się jednym z pierwszych modułów ISS. Pierwszy moduł MSK, wyprodukowana w Rosji typu Zarja, w dużej mierze opierał się na technologiach opracowanych w programie Salut. Nadmienić trzeba, że np. Salut 6 radziecka stacja kosmiczna, ósma z wszystkich stacji programu Salut została wyniesiona na orbitę 29 września 1977 za pomocą rakiety Proton K z kosmodromu Bajkonur w ZSRR (obecnie Kazachstan). Funkcjonowała przez pięć lat. Była to pierwsza stacja, którą odwiedzili ludzie spoza USA czy ZSRR, w ramach programu Interkosmos. Byli to głównie obywatele państw członkowskich Układu Warszawskiego, w tym Polski. Stacja Salut 6 była także pierwszym celem statku zaopatrzeniowego Progress. Stację zdjęto z orbity za pomocą bezzałogowego statku Kosmos 1267 w dniu 29 lipca 1982. Stację tę odwiedził również pierwszy i jedyny polski kosmonauta Mirosław Hermaszewski. Zużyte moduły stacji kosmicznych z reguły kończyły swój żywot w wodach Oceanu Spokojnego.

Skylab był pierwszą stacją kosmiczną w Stanach Zjednoczonych, wystrzeloną przez NASA, zajmowaną przez około 24 tygodnie między majem 1973 a lutym 1974. Była obsługiwana przez trzy oddzielne trzyosobowe załogi astronautów: Skylab 2, Skylab 3 i Skylab 4. Główne operacje obejmowały warsztat orbitalny, obserwatorium słoneczne, obserwacje Ziemi i setki eksperymentów. Nie mogąc zostać ponownie wzmocnione przez wahadłowiec kosmiczny, który nie był gotowy do 1981 roku, stacja Skylab uległa zniszczeniu. Rozpadła się w atmosferze w dniu 11 lipca 1979 roku, rozrzucając szczątki po Oceanie Indyjskim i Zachodniej Australii.

Jednak dopiero Mir była stacją kosmiczną, która działała na niskiej orbicie okołoziemskiej od 1986 do 2001 roku, obsługiwana przez Związek Radziecki, a później przez Rosję. Mir był pierwszą modułową stacją kosmiczną i był montowany na orbicie w latach 1986-1996. Miał większą masę niż jakikolwiek poprzedni statek kosmiczny. W tym czasie był to największy sztuczny satelita na orbicie, zastąpiony przez Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) po rozpadzie orbity Mir. Stacja służyła jako laboratorium badawcze mikrograwitacji, w którym załogi przeprowadzały eksperymenty z biologii, biologii człowieka, fizyki, astronomii, meteorologii i systemów statków kosmicznych w celu opracowania technologii niezbędnych do stałego zajmowania przestrzeni kosmicznej. Mir był pierwszą stale zamieszkałą, długoterminową stacją badawczą na orbicie i utrzymywał rekord najdłuższej nieprzerwanej obecności człowieka w kosmosie – 3644 dni, dopóki nie został przekroczony przez ISS 23 października 2010 roku. Posiada rekord najdłuższego pojedynczego lotu kosmicznego, z Walerym Poliakowem, który spędził na stacji 437 dni i 18 godzin w latach 1994-1995. Mir był zajęty w sumie przez dwanaście i pół roku ze swojego piętnastoletniego okresu życia, mając zdolność do obsługi trzyosobowej lub większej załogi rezydenta podczas krótkich wizyt. Po sukcesie programu Salut Mir reprezentował kolejny etap programu stacji kosmicznej Związku Radzieckiego. Pierwszy moduł stacji, znany jako moduł podstawowy lub blok bazowy, został uruchomiony w 1986 roku, a po nim powstało sześć kolejnych modułów. Rakiety protonowe zostały użyte do wystrzelenia wszystkich jego elementów, z wyjątkiem modułu dokującego, który został zainstalowany przez misję amerykańskiego wahadłowca kosmicznego STS-74 w 1995 roku. Po ukończeniu stacja składała się z siedmiu modułów ciśnieniowych i kilku elementów bezciśnieniowych. Zasilanie zapewniało kilka paneli fotowoltaicznych podłączonych bezpośrednio do modułów. Stacja była utrzymywana na orbicie między 296 km (184 mil) a 421 km (262 mil) wysokości i poruszała się ze średnią prędkością 27 700 km / h (17 200 mph), wykonując 15,7 okrążeń Ziemi dziennie.

Jednak jak na razie Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (MSK) pracuje i jest nad naszymi głowami największym obiektem kosmicznym. Międzynarodowe partnerstwo pięciu agencji kosmicznych z 15 krajów obsługuje Międzynarodową Stację Kosmiczną. Oto najważniejsze dane jakie możemy poznać o tej stacji:

– Stacja kosmiczna jest okupowana nieprzerwanie od listopada 2000 roku.

– Międzynarodowa załoga składająca się z siedmiu osób żyje i pracuje, podróżując z prędkością pięciu mil na sekundę, okrążając Ziemię mniej więcej co 90 minut. Czasami podczas przekazywania załogi na stacji jest ich więcej.

– W ciągu 24 godzin stacja kosmiczna wykonuje 16 okrążeń Ziemi, podróżując przez 16 wschodów i zachodów słońca. Peggy Whitson ustanowiła rekord USA pod względem spędzania największego czasu na życiu i pracy w kosmosie – 665 dni 2 września 2017 roku.

– Panele słoneczne, które zasilają stację, są czasami widoczne dgy spoglądamy w niebo o świcie lub zmierzchu i możemy wtedy zobaczyć statek kosmiczny przelatujący nad naszym domem.

– Przestrzeń do życia i pracy na stacji jest większa niż dom z sześcioma sypialniami (i ma sześć sypialni, dwie łazienki, siłownię i wykusz z 360-stopniowym widokiem).

– Aby złagodzić utratę masy mięśniowej i kostnej w ludzkim ciele w warunkach mikrograwitacji, astronauci ćwiczą co najmniej dwie godziny dziennie.

– Astronauci i kosmonauci regularnie przeprowadzają spacery kosmiczne w celu budowy, konserwacji i modernizacji stacji kosmicznych.

– Rozpiętość skrzydeł panelu słonecznego wynosi 109 metrów jest większa niż największego samolotu pasażerskiego na świecie, Airbusa A380 ( 80 metrów).

– Duże moduły i inne elementy stacji zostały dostarczone podczas 42 lotów montażowych, 37 na amerykańskich wahadłowcach kosmicznych i pięć na rosyjskich rakietach Proton/Sojuz.

– Stacja kosmiczna ma 356 stóp (109 metrów) długości od końca do końca, czyli jeden jard za całą długością boiska do futbolu amerykańskiego, wliczając w to strefy końcowe.

– Osiem mil drutu (ponad 12 km) łączy system zasilania elektrycznego na pokładzie stacji kosmicznej.

– 55-metrowy robot Canadarm2 ma siedem różnych przegubów i dwa efektory końcowe, czyli dłonie, i służy do przemieszczania całych modułów, przeprowadzania eksperymentów naukowych, a nawet transportu kosmonautów.

– Osiem statków kosmicznych może być jednocześnie podłączonych do stacji kosmicznej.

– Statek kosmiczny może przybyć na stację kosmiczną już cztery godziny po wystrzeleniu z Ziemi.

– Cztery różne statki kosmiczne dostarczają naukę, ładunek i zaopatrzenie: Łabędź Northrop Grummana, Smok SpaceX, HTV JAXA i Russian Progress.

– W ramach Expedition 60 laboratorium mikrograwitacyjne gościło prawie 3000 prac badawczych prowadzonych przez badaczy z ponad 108 krajów.

– Trasa orbitalna stacji obejmuje ponad 90 procent populacji Ziemi, a astronauci robią miliony zdjęć planety poniżej. ( na https://eol.jsc.nasa.gov)

– Ponad 20 różnych ładunków badawczych może być jednocześnie przechowywanych poza stacją, w tym sprzęt do wykrywania Ziemi, ładunki materiałoznawcze, eksperymenty fizyki cząstek, takie jak Alpha Magnetic Spectrometer-02 i wiele innych.

– Stacja kosmiczna pokonuje równoważną odległość do Księżyca iz powrotem w ciągu około jednego dnia.

– System odzyskiwania wody zmniejsza zależność załogi od wody dostarczanej przez statek kosmiczny ładunkowy o 65 procent – z około 1 galonu dziennie do jednej trzeciej galonu.

– Oprogramowanie na orbicie monitoruje około 350 000 czujników, zapewniając zdrowie i bezpieczeństwo stacji i załogi.

– Stacja kosmiczna ma wewnętrzną objętość pod ciśnieniem równą Boeingowi 747.

– Ponad 50 komputerów kontroluje systemy na stacji kosmicznej.

– Ponad 3 miliony linii kodu oprogramowania na ziemi obsługuje ponad 1,5 miliona linii kodu oprogramowania lotu.

– W samym tylko amerykańskim segmencie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej na 44 komputerach komunikujących się przez 100 sieci danych przesyłających 400 000 sygnałów (np. pomiary ciśnienia lub temperatury, pozycje zaworów itp.) jest uruchamianych ponad 1,5 miliona linii kodu oprogramowania lotniczego.

Na razie państwa Zachodu dominują w przestrzeni kosmicznej, ale nikt już nie lekceważy Chin. Aktualnie chińscy naukowcy pracują nad silnikami, które będą zasilały potężną rakietę Długi Marsz 9, której pierwsze loty aktualnie planowane są na okolice 2030 roku. Kiedy jednak wejdzie ona do użytku, budowa monstrualnego statku kosmicznego będzie na pewno trudna, ale z pewnością możliwa.

W przyszłości MSK i tak jak inne zużyte i zepsute statki kosmiczne wyląduje w „Punkcie Nemo” na Oceanie Spokojnym. Jest to wyjątkowe cmentarzysko statków kosmicznych i satelitów, nazwane tak na cześć fikcyjnego kapitana z książki Juliusza Verne’a „20 000 mil podmorskiej żeglugi”. Jest to najdalsze miejsce od jakiegokolwiek lądu na Ziemi oraz 4 km pod powierzchnią morza. Dlatego też wybrano to miejsce kiedy kosmiczne podróże dobiegają już końca, stare satelity, części rakiet i stacje kosmiczne są wysyłane do tego odludnego miejsca na Oceanie Spokojnym, aby spocząć na zawsze na pogrążonym w ciemnościach dnie morskim. Obszar ten jest również nazywany „oceanicznym punktem niedostępności”, ponieważ jest położony około 2700 km od najbliższego lądu. Przeciwieństwem tego miejsca jest tzw. „orbita cmentarna”, czyli satelity na bardzo wysokich orbitach mogą zostać wyniesione jeszcze dalej w przestrzeń kosmiczną, z dala od jakichkolwiek innych obiektów, którym mogłyby zagrażać. Jednak ciągle obserwuje się przybywanie dużej ilości satelitów m.in. tzw. Starlinków oraz różnych śmieci kosmicznych, które mogą doprowadzić do tzw. Efektu Kesslera. Inaczej można nazwać to efektem domina tj. gdy zaczną się masowo zderzać i wytrącać z orbit po kolei różne obiekty kosmiczne. Może to doprowadzić do katastrofy o wielowymiarowym efekcie na Ziemi. Wtedy też zagrożenia mogą być nawet katastroficzne przy planach wyniesienia na orbitę małych reaktorów jądrowych. Nadto nie mamy rozpoznania jakiego rodzaju obiekty wojskowe są już na orbicie. Miejmy nadzieję, że w badaniach przestrzeni kosmicznej wszystkie państwa przestrzegają prawa i wszystkich konwencji oraz układów międzynarodowych w sprawie użytkowania w celach pokojowych przestrzeni kosmicznej oraz Księżyca i innych ciał niebieskich.

Na zdjęciach: Zbiornik z opuszczonej Stacji kosmicznej Salut 7, która weszła w atmosferę ziemską wraz z przycumowanym statkiem Kosmos 1686, które weszły w dolne warstwy atmosfery ziemskiej w dniu 7 lutego 1991 roku o godz. 3,25 UTC i uległa zniszczeniu nad Ameryką Południową w rejonie Argentyny. Część odłamków spadła na powierzchni Ziemi na terenie Argentyny i Chile. Parametry zbiornika: waga 13,64 kg, średnica 38 cm, materiał – Tytan. Obecnie ten obiekt znajduje się w zbiorach własności – Marcin Cimała – Meteoryty.pl , Polandmet.com

Zdjęcia A. Kotowiecki – wykonane w dniu 20 kwietnia 2018 roku w Pułtusku w trakcie X Konferencji Meteorytowej Polskiego Towarzystwa Meteorytowego.