12

Wielka kosmiczna hossa w galaktyce

No to jesteśmy – w kosmosie. Wczoraj zapowiadałem początek nowej kosmicznej serii na Antyweb, dzisiaj swoją obietnicę dotrzymuję. Przed Wami pierwszy artykuł z dłużej serii opowiadającej o kosmosie, zarówno w kontekście eksploracji, jak i jego podglądania (z fotografowaniem włącznie). Długo zastanawiałem się, o czym powinien być pierwszy, otwierający serię artykuł. W tym miejscu doszedłem do wniosku, […]

No to jesteśmy – w kosmosie. Wczoraj zapowiadałem początek nowej kosmicznej serii na Antyweb, dzisiaj swoją obietnicę dotrzymuję. Przed Wami pierwszy artykuł z dłużej serii opowiadającej o kosmosie, zarówno w kontekście eksploracji, jak i jego podglądania (z fotografowaniem włącznie).

Długo zastanawiałem się, o czym powinien być pierwszy, otwierający serię artykuł. W tym miejscu doszedłem do wniosku, że przez wzgląd na niewyobrażalną wręcz obszerność tematu, trzeba zrobić to mądrze. Nie ma na to lepszego rozwiązania, niż zaprosić autorów, którzy w danych kategoriach są po prostu najlepsi. Zaczynamy od eksploracji kosmosu ujętego w kontekście boomu w jego prywatnym sektorze. Nie musiałem myśleć, kto powinien o tym Wam opowiedzieć.

Krzysiek jest nie tylko świetnie zorientowanym specjalistą, ale także wielkim pasjonatem, a do tego ma, to „coś”, co jest niezwykle rzadkim darem – stygmat popularyzatora. Ma talent do pisania o sprawach trudnych bardzo lekkim, przyswajalnym językiem. Uwielbiam czytać jego teksty i mam nadzieję, że Wam także się spodoba.

Krzysztof Kanawka – „doktór insztalator”, czyt. inżynier chemiczny (ale bez wybuchów!) ze stosem ostęplowanych papierków z różnych uczelni, udzielający się w kilku projektach technologicznych. Współzałożyciel Kosmonauta.net i współorganizator misji stratosferycznych w ramach projektu Hevelius. W przeszłości udzielał się w projekcie ESEO (European Student Earth Orbiter). Aktualnie skupia się głównie na nowych technologicznych/medycznych pomysłach i ich komercyjnym zastosowaniu.

Co to jest „New Space”? Jak się to zaczęło?

W kosmosie zbliżają się naprawdę ciekawe czasy. A wszystko to za sprawą wielu powstających, często zaskakujących nisz, które łączą życie codzienne i ekonomię z zastosowaniem technologii kosmicznych i danych z orbity. Ponadto, coraz więcej firm ma jeszcze większe ambicje – sięgające orbitalnych hoteli, Księżyca a nawet planetoid. W ciągu zaledwie kilku najbliższych lat mogą powstać prawdziwe „kosmiczne fortuny”, czerpiące zyski z kosmosu. Oto „New Space”.

„New Space” to wszelkie nowe, czasem ambitne (albo i szalone) inicjatywy związane z wykorzystaniem lub „zdobywaniem” przestrzeni kosmicznej. Czym jest „New Space”? To określenie coraz częściej pojawia się przy nowych firmach związanych z sektorem kosmicznym i jest dość rozległe. Wg. autora tego tekstu „New Space” to wszelkie nowe, czasem ambitne (albo i szalone) inicjatywy związane z wykorzystaniem lub „zdobywaniem” przestrzeni kosmicznej w zupełnie inny sposób niż to dotychczas było dokonywane. Czyli – zamiast wielkich i ciężkich rakiet, wieloletnich żmudnych procesów produkcyjnych i setek milionów zainwestowanych w sprzęt – w przypadku „New Space” często mamy do czynienia z iście rewolucyjnym podejściem, przyśpieszającym proces wdrażania pomysłu na rynek.

„New Space” zaczął się gdzieś w latach 90. XX wieku, z wyraźnym przyśpieszeniem w poprzedniej dekadzie. Wówczas to na rynku zaczęło się pojawiać coraz więcej elektroniki, którą można było wykorzystać w sektorze kosmicznym. Ten sprzęt dziś nosi nazwę „Commercial Off-The-Shelf” (COTS) i z czasem stawał się coraz mniejszy (zminiaturyzowany), bardziej wydajny i przede wszystkim tańszy. Sprzęt COTS pozwolił twórcom projektów kosmicznych skupić się na celu, a nie na drobnych etapach projektowania i budowy każdego elementu sprzętu.

Jednocześnie, od lat 90. XX wieku obserwujemy dramatyczny rozwój Internetu oraz technologii mobilnych. W ślad za nimi idzie coraz większa ilość aplikacji, które służą zarówno klientom indywidualnym jak i wielkim korporacjom. Takim przykładem są aplikacje wykorzystujące dane/sygnały satelitarne, np. GPS czy pochodzące od satelitów obserwacji Ziemi. Z uwagi na możliwość budowania coraz mniejszych satelitów oraz odbiorników do ich danych (np. sygnał z GPS bez problemu przechwytują małe moduły, instalowane w telefonach komórkowych), spada cena dostępu do takich danych, co oznacza większą ilość potencjalnych klientów, a to przekłada się na więcej potencjalnych źródeł zysku – szczególnie w państwach, których wcześniej nie było stać na „kosmiczne” wydatki. I tak koło (finansowe) zdaje się samo napędzać.

Ważną rolę w rozwoju najbardziej widocznych aspektów „New Space” odgrywają różne konkursy. Najbardziej znanym jest pierwszy konkurs XPrize, który stał się pierwszym krokiem ku suborbitalnej turystyce kosmicznej*. Ten konkurs XPrize, ogłoszony w 1996 roku, oferował 10 milionów dolarów dla pierwszej prywatnej firmy/organizacji pozarządowej, która zbuduje załogowy pojazd suborbitalny i dokona nim przynajmniej dwóch bezpiecznych lotów. Konkurs został wygrany w 2004 roku przez firmę Scaled Composites i pojazd SpaceShipOne, którego następca – SpaceShipTwo być może w 2014 roku zacznie oferować pasażerskie loty suborbitalne. Te loty będą oferowane przez firmę Virgin Galactic. Cena za lot – około 200 tysięcy dolarów – znalazło się już kilkaset chętnych osób. Warto tu dodać, że Virgin Galactic nie jest jedyną firmą budującą pojazdy suborbitalne – konkurencja „depcze im po piętach”. Jest możliwe, że tuż po Virgin Galactic kilka innych firm będzie oferować podobne usługi – jedną z nich jest firma XCOR, budująca pojazd Lynx.

Przykłady „New Space”

Jeszcze kilka lat temu można było podać jedynie parę przykładów firm „New Space”. Dziś tę „metkę” chętnie używają i bardziej „konserwatywne” firmy, chcąc zaprezentować zmianę filozofii swojej pracy. Częściowo to dowodzi, że „New Space” zaczyna być poważniej traktowany przez wielkie firmy i kręgi inwestorów, częściowo dowodzi to ewoluującego sektora kosmicznego, który dostosowuje się w ten sposób do nowych potrzeb oraz sam tworzy nowe nisze.

Najbardziej znaną firmą „New Space” jest SpaceX. Tę firmę założył w 2002 roku Elon Musk (wcześniej PayPal). Początkowo SpaceX rzucił wyzwanie „tradycyjnym” dostawcom usługi wynoszenia satelitów na orbitę, rozpoczynając prace nad własnymi, prywatnie finansowanymi rakietami serii Falcon. Cztery lata po rozpoczęciu działalności ta firma dokonała pierwszego (nieudanego) testu swojej rakiety małej Falcon 1 – dopiero za czwartym razem, w 2008 roku SpaceX osiągnął sukces. Dalej sprawy potoczyły się szybciej – SpaceX zbudowała średniej wielkości rakietę Falcon 9 oraz kapsułę Dragon. W tej chwili Dragon dostarcza i sprowadza ładunek z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) w ramach komercyjnego programu COTS, finansowanego przez NASA. Dragon jest praktycznie w tej chwili jedynym sposobem na sprowadzanie ważnych próbek z ISS, co po wycofaniu ze służby wahadłowców przez rok było niemożliwe. W przyszłości Dragon i rakieta Falcon 9 zostanie dostosowany do wynoszenia ludzi na orbitę. Oprócz tego SpaceX zamierza zbudować ciężką rakietę Falcon Heavy, zdolną do wynoszenia naprawdę ciężkich ładunków na orbitę, po znacznie niższych cenach niż obecnie się to wykonuje.

Inną firmą z „New Space” jest Virgin Galactic. Ta firma jest częścią wielkiego koncernu Virgin, znanego na całym świecie za sprawą sieci telefonii komórkowych, linii lotniczych, kontraktów muzycznych itd. Szefostwo tej firmy (łącznie z Richardem Bransonem) postanowiło „zaryzykować” i zainwestować (wspólnie z inwestorami z całego świata) w kosmos, tworząc pierwsze usługi turystycznych lotów kosmicznych (suborbitalnych)*. W tej chwili ich pojazd, SpaceShipTwo, przechodzi testy i być może w 2014 roku dojdzie do pierwszych komercyjnych lotów. Czy tak zacznie się epoka masowych podróży kosmicznych?

W cieniu tych „wielkich” firm „New Space” jest realizowany przez tysiące małych firm, skupiających się na mniej widocznych, ale bardzo ważnych niszach. Te firmy coraz odważniej sięgają po większe fundusze, tworzą coraz więcej miejsc pracy i jednocześnie charakteryzują się dużą innowacyjnością. Często cechą wspólną dla wielu z tych firm jest korzystanie ze sprzętu typu COTS w połączeniu z nowoczesnymi metodami komunikacji i wymiany/dostępu do danych.

Ciekawym przykładem dynamicznego rozwoju technologii dzięki firmom „New Space” są małe satelity. Jeszcze w latach 80. XX wieku praktycznie niemożliwe było, by „pełnoprawny” satelita miał masę mniejszą niż kilkaset kilogramów. Oznaczało to duże koszty produkcji i wyniesienia na orbitę, gdzie każdy kilogram się liczył. W konsekwencji dane z takich satelitów (np. telekomunikacyjne czy obserwacji Ziemi) były bardzo drogie, a dostęp do nich – ograniczony.

Wraz z coraz szerszym zastosowaniem sprzętu COTS, satelity zaczęły być coraz mniejsze i mniejsze. Dziś możliwe jest zbudowanie „pełnoprawnego” satelity o masie kilkunastu kilogramów. Co więcej, od około dziesięciu lat budowane są jeszcze mniejsze satelity – standardu CubeSat. Te satelity mają masy maksymalne 1, 2, 3 czy więcej kilogramów i zawierają wszystko, by wypełnić zakładaną misję. Początkowo CubeSaty były budowane jedynie dla celów edukacyjnych – był to taki tani sposób uczenia studentów kierunków inżynieryjnych (tak między innymi powstał PW-Sat – pierwszy polski satelita). Od niedawna obserwuje się jednak poszerzenie możliwości tych zminiaturyzowanych satelitów – pojawiają się projekty czysto naukowe (np. biomedyczny Pharmasat) a nawet koncepcja konstelacji satelitów. Już w tej chwili zaczyna być możliwe, przy względnie niewielkim koszcie (= kilka/naście milionów EUR, nie kilkaset jak to wcześniej było) i przy wsparciu inwestorów zbudowanie komercyjnego satelity do dedykowanych celów (np. obserwacje Ziemi albo telekomunikacja) o rozmiarach czy masie tylko nieco większych od CubeSatów.  Zyskują na tym firmy – producenci sprzętu, np. holenderska ISIS, którą stworzyli studenci pewnej uczelni technicznej, biorący udział w edukacyjnym projekcie satelitarnym. Dziś ISIS (oraz jej partnerzy) oferuje wiele różnych gotowych modułów do małych satelitów, a nawet w całości gotowe produkty – można je wręcz kupić niczym w „supermarkecie”.

Scenariusz – co może się stać do 2020 roku?

Co będzie możliwe dzięki „New Space” do końca tej dekady? W ciągu zaledwie siedmiu lat możemy być świadkami dramatycznych zmian nie tylko w sektorze kosmicznym – także w dziedzinach technologicznych korzystających z „kosmicznych” danych.

Najbardziej widoczne dokonania „New Space” nastąpią w załogowych lotach kosmicznych. Do 2020 roku do służby wejdzie kilka komercyjnych systemów suborbitalnych, oferujących krótkie loty w kosmos z różnych miejsc na świecie. Prawdopodobnie do 2020 roku przynajmniej kilka tysięcy ludzi rocznie będzie korzystać z takich lotów.

Także przed 2020 rokiem powinno dojść do wprowadzenia pierwszych orbitalnych komercyjnych systemów załogowych. Prawdopodobnie około 2016-2017 roku zostaną przeprowadzone pierwsze testowe loty załogowe – m.in. na kapsule Dragon lub mini-wahadłowcu Dream Chaser. Dostęp do tych lotów będzie komercyjny – jeśli znajdzie się zainteresowany (i dysponujący kwotą kilkunastu milionów dolarów) klient – będzie mógł wziąć udział w locie, nawet jeśli rząd danego państwa nie będzie prowadzić żadnego programu kosmicznego. Oczywiście, pierwszymi klientami tych pojazdów będą agencje kosmiczne, które w ten sposób obniżą koszty dostarczania swoich astronautów na orbitę, ale w dalszej kolejności może dojść do wysyłania „komercyjnych astronautów”, np. wykonujących badania na potrzeby firm medycznych. Do 2020 roku może także dojść do częstszych orbitalnych lotów turystycznych (dziś wykonywane bardzo rzadko, gdy jest wolne miejsce na rosyjskim Sojuzie). Wiele jednak zależy od celu wyprawy turystycznej – autor tego artykułu nie uważa, by były możliwe „masowe” wyprawy turystyczne na ISS a przed końcem dekady raczej nie powstanie prywatna stacja kosmiczna.

Inne kwestie, które z dużym prawdopodobieństwem doświadczymy przed końcem dekady to coraz powszechniejsze wykorzystanie danych satelitarnych dla nawigacji, telekomunikacji, zdalnego dostępu, bezpieczeństwa czy obserwacji Ziemi. Te działy sektora kosmicznego już dziś przynoszą największe zyski, w przyszłości, w miarę rozwoju naziemnych technologii mobilnych, będą generować jeszcze większe przychody. Jednym z takich przykładów połączenia tych technologii jest geocaching czy gier wieloosobowych na otwartym terenie.

Warto w tym miejscu – jako kontrargument – przedstawić rosnący problem śmieci kosmicznych. Od kilkunastu lat obserwujemy rosnącą ilość mniejszych i większych odłamków, jakie znajdują się na różnych orbitach. Wiele z nich nie jest już zupełnie kontrolowanych – np. satelita przestał działać albo doznał rozpadu. Już w tej chwili jest to poważny problem – 10 lutego 2009 roku doszło do kolizji dwóch satelitów (działający Iridium 33 i nie działający Kosmos 2251), co wygenerowało „chmurę” odłamków zagrażających innym satelitom czy górnym stopniom rakiet. Miejsce kolizji było na dość wysokiej orbicie (około 790 km nad Ziemią), gdzie wpływ szczątkowej atmosfery ziemskiej jest już znikomy – odłamki mogą pozostać przez dekady w kosmosie, stwarzając ryzyko dla kolejnych satelitów. W perspektywie kilkunastu lat będzie musiało dojść do bardziej poważnych „akcji sprzątania” orbit, przy użyciu rozwijanych lub nawet nie istniejących jeszcze technologii – co samo w sobie jest kolejną niszą sektora kosmicznego.

Dalsza przyszłość

Zakładając lekko optymistyczny scenariusz, co może się wydarzyć przez kilkanaście lat po 2020 roku? W sferze lotów załogowych – dzięki firmom „New Space” – prawdopodobnie doświadczymy zaprzestania rządowych/agencyjnych lotów na orbitę. Rolę „dostawców” astronautów na orbitę przejmą firmy prywatne a agencje kosmiczne będą mogły się skupić na eksploracji Układu Słonecznego, poza bezpośrednim otoczeniem Ziemi.

Jest dość prawdopodobne, że po 2020 roku na orbicie, oprócz ISS (i chińskiej stacji kosmicznej) zostanie umieszczona przynajmniej jedna komercyjna stacja orbitalna.

Udział firm „New Space” w eksploracji Układu Słonecznego jest także możliwy. W kwietniu 2012 roku ogłoszono działalność firmy Planetary Resources, która zamierza w perspektywie kilkunastu lat zaczął pozyskiwać surowce naturalne z planetoid. Tymi surowcami są cenne metale (np. platyna, coraz ważniejsza dla przemysłu) czy woda (H2O w postaci lodu) dla załogowych misji eksploracyjnych. Wykorzystanie „lokalnie” dostępnych surowców zamiast sprowadzania ich z Ziemi pozwoliło by na ograniczenie kosztów eksploracji oraz zwiększenie ilości dostarczonego sprzętu.

Podobne inicjatywy „New Space” mogą być związane z Księżycem – zarówno jako wsparcie misji załogowych wypraw jak i w robotycznych misjach. Aktualnie – do końca 2015 roku – trwa konkurs Google Lunar XPrize, który oferuje dużą nagrodę dla pierwszej firmy, która posadzi swojego łazika na Księżycu. W opinii autora tego artykułu ten konkurs raczej nie zostanie rozstrzygnięty, ale kilka lat później przynajmniej 2-3 firmy będą w stanie zaoferować własny mały łazik księżycowy.

Bliżej Ziemi oraz w życiu codziennym zauważalny będzie wzrost zastosowań danych satelitarnych. Przykładowo, oprócz amerykańskiego systemu GPS, do masowego użytku wejdą chińskie Beidou, europejski Galileo czy rosyjski GLONASS. W oparciu o te systemy nawigacyjne z pewnością powstanie sporo komercyjnych zastosowań – od nawigacji lotniczej i drogowej, poprzez transport morski, bezpieczeństwo (także personalne) a nawet formy rozrywki. Podobnie będzie z użyciem danych z małych satelitów dla celów telekomunikacyjnych czy obserwacji Ziemi. Prawdopodobnie wiele z takich misji będzie wykonywanych przy pomocy satelitów poruszających się na orbicie w formacji – dzięki czemu jakość przekazywanych danych będzie jeszcze wyższa.

„Słoń a sprawa polska”

Wydawać się by mogło, że „New Space” jest domeną jedynie państw, w których już od lat istnieje rozwinięty przemysł kosmiczny i że firmom z naszego kraju trudno będzie do nich dołączyć. Wydaje się jednak, że różne nisze „New Space” są szansą na rozwinięcie działalności w sektorze kosmicznym także w takich państwach jak Polska. Nasz kraj jest z pewnością dużym rynkiem zbytu dla wielu typów usług satelitarnych – nawet dla rolnictwa. Z czasem zapotrzebowanie na różne aplikacje będzie rosnąć – szczególnie dla klientów indywidualnych oraz spraw związanych z ochroną środowiska. 
Z pewnością są także szanse, aby w Polsce zaprojektowano i produkowano sprzęt do misji satelitarnych – w szczególności ten dla małych satelitów i oparty o rozwiązania COTS. Z pewnością pomoże w tym wejście Polski do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), co nastąpiło 19 listopada 2012 roku. Dzięki wejściu naszego kraju do ESA możliwe będzie uczestnictwo polskich firm i instytutów w przetargach ESA, co powinno by się przełożyć na wzrost innowacyjności i na podstawie tego możliwość produkcji komercyjnego sprzętu, także dla „New Space”.

Nadchodzące lata zdecydowanie zapowiadają się kosmicznie – nie tylko z uwagi na opisane powyżej technologie i misje, ale także od strony astronomicznej. W sferze obserwacji astronomicznych – rozumianych tutaj jako zaawansowane badania naukowe a także i amatorskie projekty – w najbliższych latach nastąpi nie mniejsza rewolucja. O tym już niebawem napisze Adam Jesionkiewicz.

* Lot suborbitalny – jest to lot w kosmos (powyżej umownej granicy Ziemi i przestrzeni kosmicznej, czyli 100 km nad poziomem morza), lecz nie na orbitę, ale po trajektorii balistycznej. Taki lot dostarcza kilku minut warunków mikrograwitacji („nieważkości”) oraz iście „kosmicznych” widoków zakrzywionej Ziemi oraz czerni przestrzeni kosmicznej. To najtańszy i najprostszy sposób przekroczenia granicy pomiędzy Ziemią a kosmosem.