Technologie

Kosmos a sprawa polska cz. 2 - rakiety, rakiety, rakiety...

KK
Krzysztof Kurdyła
1

Jak już wiecie z pierwszej części, w Polsce port kosmiczny nie ma sensu. Dla startów wertykalnych nie mamy bezpiecznego „okna”, dla startów horyzontalnych nie spina się ekonomicznie i komplikuje misje. A jak wygląda sytuacja z samymi rakietami?

Rynek rakiet komercyjnych

Zacznijmy od tego, jak wygląda dziś światowy rynek rakiet kosmicznych. Poniżej możecie zobaczyć, jak wyglądała w 2021 r. „struktura” startów:

  • 38 startów zanotowały firmy amerykańskie (za 4 z nich odpowiadał RocketLab o nowozelandzkich korzeniach),
  • 16 wyniesień zaliczyła autorytarna, ale otwarta na realizację usług kosmicznych Rosja,
  • 3 starty zrealizowały firmy z UE (1x Ariene, 2x Vega),
  • 2 próby, z czego jedną udaną zaliczyły Indie.
  • Być może w najbliższym czasie pierwszy tegoroczny lot zaliczy japońska rakieta Epsilon.

W ocenie perspektyw rynkowych dla hipotetycznej polskiej rakiety nie można też pominąć działających na razie w dość „hermetyczny” sposób Chińczyków. Warto pamiętać, że tylko w tym roku wystrzelili już 34 rakiety i choć były to głównie państwowe misje badawcze i wojskowe, również i tam zaczynają się otwierać na klientów zewnętrznych.

Wydaje się, że Chiny są w stanie zgarnąć całkiem pokaźną grupę nowych klientów (niekorzystających wcześniej z satelitów), ponieważ wiele wskazuje, że to z ich usług będą korzystać rządy państw uzależnionych politycznie i finansowo od Pekinu. Przykładem może być choćby szereg państw afrykańskich, w których Chiny mają coraz mocniejszą pozycję i pierwsze usługi tego typu już tam były świadczone.

Trochę ponad 100...

Podsumowując, jeśli dobrze liczę, do dziś odbyło się (w 2021 r.) 95 startów, a do końca roku zaplanowano ich jeszcze około 50 - 60, z których zapewne jakieś 40 dojdzie do skutku. 135 misji może robić wrażenie, ale trzeba zaznaczyć, że spora część z nich nie podlega grze rynkowej lub wymaga naprawdę dużych i zaawansowanych systemów.

Mamy w tej grupie loty własne SpaceX ze Starlinkami, starty Soyuzów z satelitami konstelacji OneWeb, są też misje NASA, amerykańskiego i chińskiego wojska, dostawy na ISS i budowaną chińską stację Tiangong.

Misji prawdziwie komercyjnych, wynoszących najczęściej po kilka, kilkanaście satelitów było około 20. Zagarnia je w dużym stopniu, ze względu na bezkonkurencyjne ceny, SpaceX. Reszta walczy o ochłapy większą elastycznością startów (Electron), specyficznymi wymogami (nietypowe inklinacje orbity) lub... powiązaniami politycznymi (rakiety europejskie).

Oczywiście ilość startów będzie z każdym rokiem szybko rosła, ale należy pamiętać, że lista firm zamierzających w najbliższym czasie wprowadzić nowe pojazdy, jest naprawdę duża.

Najpoważniejsi gracze to:

  • Relativity Space z rakietami Terran 1 i R, produkowanymi całkowicie w technologii druku 3D,
  • ULA z Vulcanem, czekająca w tym momencie na silniki od Bezosa,
  • RocketLab z dużym i odzyskiwanym Neutronem, mający już w kosmicznym biznesie duże praktyczne doświadczenie,
  • niemieckie Isar Aerospace oraz Rocket Factory Augsburg, wydaje się, że oba startupy są dość zaawansowane w pracach,
  • New Glenn od Blue Orbit, koniec końców, niezależnie od kosztów i sensu, kiedyś w końcu pojawi się na rynku
  • Orbex, o ile dzisiejszy chaos na wyspach mu nie zaszkodzi.
  • Firefly Aerospace, jest na etapie próbych startów
  • Astra Space, znana z nieudanego „startu bocznego”, ale raczej też na finiszu (jeśli nie braknie funduszy)
  • Ariene 6

W tle czai się oczywiście Starship od SpaceX, który jeśli nie pośliźnie się na założeniach (niedługo ważny test, szczególnie dla osłony termicznej), samodzielnie może zaorać cały ten rynek poza drobnicą i zleceniobiorcami „politycznymi”. Krótko mówiąc, robi się bardzo ciasno i obstawiam, że nawet część z firm, które zdołają dociągnąć swoje projekty do końca, nie utrzyma się na rynku.

Rynek satelitów

Pozostaje więc kwestia tego, z jaką szybkością rynek komercyjnych usług kosmicznych będzie się rozrastał. W przypadku rakiet, o których mogłaby realnie myśleć Polska w jakimś przewidywalnym okresie czasie, ograniczymy się do analizy rynku wynoszenia satelitów.

Budowa konstelacji orbitalnych na LEO powoduje, że liczba nowych obiektów na orbitach rośnie w tempie wręcz absurdalnym. Nie należy jednocześnie zapominać, że lista startów rośnie znacznie wolniej, niż wskazywałaby na to liczba nowych satelitów. Wyjaśnienie tego fenomenu jest dość proste, rakiety rosną, a satelity maleją.

Zobaczcie jak to wygląda w liczbach. Poniżej możecie obejrzeć liczbę startów w zestawieniu z liczbą wyniesionych satelitów (dane za SIA):

  • 2016 - 85 startów - 126 satelitów
  • 2017 - 91 startów - 345 satelitów
  • 2018 - 114 startów - 314 satelitów
  • 2019 - 102 starty - 386 satelitów
  • 2020 - 114 startów - 1283 satelity
  • do 09.2021 - 95 szt. - ~1400 satelitów

Największe przyrosty będą w najbliższych latach „wykręcanie” dzięki konstelacjom Starlink, Kuiper, OneWeb i będą to kontakty nie do przejęcia, choćby ze względu na ich skalę. Cała reszta zleceń na pojedyncze satelity lub niewielkie ich sieci będzie zależna głównie od ceny i wiarygodności dostawcy.

Gdzie jesteśmy?

W Polsce prace toczą się nad trzema konstrukcjami, mającymi szansę dolecieć do linii Karmanna:

  • Perun, sub-orbitalna rakieta tworzona przez prywatną firmę SpaceForest. Jest to jednoelementowa rakieta o napędzie hybrydowym, mająca umożliwiać skoki na 150 km z ładunkiem ~50 kg. Obecnie trwają testy pojazdu w skali 1/2. Rakieta ma być odzyskiwana przy pomocy systemu spadochronowego.
  • IL-33 Bursztyn - to trzystopniowy system sub-orbitalny opracowywany przez Instytut Lotnictwa oraz Sieć Badawczą Łukasiewicz oraz ostatnio Thorium Space, napęd także hybrydowy
  • TRS, projekt trzystopniowej rakiety WZL1, jak się już pewnie domyślacie, jest to również rakieta suborbitalna, w tym wypadku o napędzie na paliwo stałe.

Jak widzicie, na orbitę się wybieramy mniej więcej tak, jak Jeff Bezos, a nasza para i niemałe pieniądze idą trochę w gwizdek. Rakiety suborbitalne to na dziś trochę sztuka dla sztuki, ponieważ najsensowniejszym zastosowaniem dla niej są usługi dla badaczy chcących robić eksperymenty w warunkach mikrograwitacji.

Ładunek wynoszony ponad linię Karmanna przez rakietę Perun ma jej doświadczać ok. 4 min. Tylko, czy przy ciągłym spadku ceny za kg wyniesiony na orbitę ma to sens? Moim zdaniem nie, zanim doprowadzimy te projekty do końca, taniej będzie kupić moduł w orbitalnym laboratorium.

Może więc opracowanie takich rakiet przygotuje nas na bardziej skomplikowanych projektów? Tu odpowiedź nie jest tak oczywista, ale... raczej nie. Rakiety tego typu tworzą dziś pasjonaci rakiet zrzeszeni w Polskim Towarzystwie Rakietowym, zespoły studenckie z polskich uczelni. Z rozmów z ich twórcami wynika, że całkowity koszt tego typu projektów zamykał się w setkach tysięcy złotych, a nie milionach.

Do tego trzeba zdawać sobie sprawę, że napęd hybrydowy to trochę ślepą uliczką. We wszystkim jest średni, co oznacza, że nie pozwoli konkurować ekonomicznie z coraz większą ilością małych rakiet na paliwo ciekłe, a może mieć problem i z tymi na paliwo stałe (które są jeszcze prostsze, choć mniej kontrolowalne).

To little, to late?

Na aktualnie trwający rakietowy wyścig New Space jesteśmy zdecydowanie spóźnieni. Nasze prace nad wspomnianymi rakietami są robione na poziomie, który powinien być realizowany przez studentów na uniwersytetach. Nie mamy firm mających wystarczające zaplecze i doświadczenie, żeby stworzyć konkurencyjny pojazd wynoszący ładunki na orbitę.

Jedynym naprawdę ciekawym polskim doświadczeniem z silnikami rakietowymi o jakim czytałem, są prace dotyczące detonacyjnego silnika z prowadzone przez Sieć Łukasiewicz - Instytut Lotnictwa. Choć akurat w tego typu nowatorskie prace warto inwestować, trzeba jednocześnie zdawać sobie sprawę, że konkurencja nas tutaj też najpewniej wyprzedzi i to o kilka długości, gdy staniemy przed problemem skalowania tego projektu.

Nie mając doświadczenia z dużymi silnikami rakietowymi, możemy napotkać szereg problemów, które doświadczeni gracze mają już dawno rozwiązane, jak choćby w kwestii materiałów, chłodzenia i wielu, wielu innych. I właśnie o to doświadczenie powinniśmy walczyć jak najmocniej, zdając sobie sprawę, że nie jest rozgrywka na miesiące, ale na lata.

Praca organiczna

Co w takim razie powinniśmy zrobić i gdzie kierować środki? Moim zdaniem powinniśmy już dziś inwestować duże pieniądze w edukację na każdym poziomie, tak, aby przygotować podwaliny pod społeczeństwo świadome tego, czym kosmos jest i co możne nam jego eksploracja przynieść.

Zacząłbym od tego, że Astronomia powinna uzyskać status osobnego przedmiotu już na poziomie szkoły podstawowej. Podstawowa „topografia” kosmosu, historia odkryć i ziemskich programów kosmicznych, budowa i puszczanie rakiet o napędzie stałym powinno zasiać ciekawość, niezbędną dla sukcesu na dalszych i poważniejszych etapach.

Na poziomie szkół średnich, szczególnie w klasach o profilach ścisłych powinny być przedmioty, bądź ich rozbudowane działy, omawiające w uproszczony sposób kwestie budowy rakiet, stacji kosmicznych oraz kreślenie kosmicznych szans i zagrożeń. Takie kosmiczne rozszerzenia programowe oprócz fizyki powinny otrzymać takie przedmioty jak np. ekonomia, chemia, biologia, materiałoznawstwo...

Na etapie wyboru studiów kosmos nie powinien być dla wchodzącego w dorosłość człowiek czymś egzotycznym i niedostępnym, tylko szansą na biznes, rozwój a może i... przygodę życia. Szkoły wyższe wraz z siecią naukową Łukasiewicz powinny otrzymać w końcu zaplecze badawcze z prawdziwego zdarzenia oraz możliwość pracy z zaawansowaną technologią kosmiczną, jak choćby z silnikami na paliwo ciekłe.

Nie chodzi o łudzenie się, że na tym etapie kogoś dogonimy, ale o to, że żeby dokonać kiedyś rewolucji, trzeba doskonale poznać to, co działa już teraz. Taka działalność niekoniecznie musi być wyłącznie inwestycją, może zacząć przynosić dochody, choćby w postaci opłat patentowych za ewentualne usprawnienia, wcześniej niż się to może wam dziś wydawać.

Nie wykluczone też, że wraz z rosnącą liczbą specjalistów, nabieraniem doświadczenia przez ośrodki mogą powstać wokół nich firmy specjalizujące się w produkcji choćby silników, szczególnie, że wciąż jest sporo ciekawych nisz do zagospodarowania (np. silniki manewrujące dla satelitów). Ile znaczy zaplecze i specjaliści pokazuje choćby to, że wspomniany już Firefly Aerospace na biednej i niestabilnej, ale doświadczonej w temacie kosmosu Ukrainie otworzył swój oddział badawczy.

Tak czy inaczej, bez długoterminowej inwestycji w wiedzę moim zdaniem się nie obędzie. droga na skróty możliwa jest tylko, jeśli pojawiłby się w Polsce jakiś geniusz, potrafiący i chcący zrobić coś wbrew niesprzyjającemu „ekosystemowi”. Ale jeśli byłby prawdziwym geniuszem, to wyjechałby do Stanów...

Współpraca międzynarodowa

Aby jednak taki wysiłek, który w perspektywie paru dekad da nam masę krytyczną specjalistów, którzy nie przegapią kolejnych rund kosmicznego wyścigu, miał sens, potrzebna jest współpraca z krajami mającymi większe doświadczenia na tych polach.

Wydaje się, że dużą okazję w tym zakresie już przegapiliśmy. Nie podjęto na serio prób dogadania się na tym polu z Ukrainą, która ma duże doświadczenia w budowie rakiet, a miała mało pieniędzy i podbramkową sytuację. Niby jakieś rozmowy między polską a ukraińską agencją kosmiczną się odbyły, ale słuch wyjątkowo szybko o nich zaginął.

Zakłady Jużmasz, produkujące m. in. silniki rakietowe na paliwo ciekłe (np. RD-120 dla rakiet Zenith, RD-843 dla rakiet Vega) po inwazji Rosji na Krym i Donbas straciły większość zleceń i potrzebowały inwestora. Dziś ta firma przeszła bolesną restrukturyzację i ustabilizował swoją sytuację. Ukraina planuje obecnie wystrzeliwanie samodzielnie opracowanej rakiety  Cyklon-4M (bazującej częściowo na Antaresie) z portu kosmicznego, mającego powstać w kanadyjskiej Nowej Szkocji.

Dodatkowo sporo mówi się o możliwej współpracy z chcącą wpompować w programy kosmiczne ponad 1 mld dolarów Turcją. Dzięki temu nasz wschodni sąsiad nie tylko znajdzie klientów na silniki, będzie mógł rozwijać swoje produkty, ale też prawdopodobnie uzyska dostęp do planowanego przez Turków portu kosmicznego w Somali (położonego bardzo blisko równika). Być może współpraca z naszym wschodnim sąsiadem ciągle jest możliwa, ale już w zupełnie innych realiach ekonomicznych.

Na dziś pozostaje nam pogłębianie współpracy w ramach ESA i ewentualne próby dogadania się z firmami ze Stanów Zjednoczonych takimi jak Aerojet Rocketdyne. Ponieważ mamy status sojusznika (jakby go realnie nie oceniać) i sporo za oceanem kupujemy, może i na jakiś transfer technologii silnikowych byłaby szansa.

Jak widzicie, w temacie rakiet nie silę się na optymizm. Uważam, że Polska w krótkim i średnim terminie nie ma szans na sensowny biznes na tym polu. Długofalowo powinniśmy walczyć o stworzenie technologicznego i intelektualnego zaplecza, które kiedyś może dać nam na tym polu „zwrot z inwestycji”, a napewno urealni kosmos w oczach młodych pokoleń.

Nie oznacza to jednocześnie, że w krótkim terminie nie możemy na kosmosie w ogóle zarabiać. Ten artykuł dotyczy tylko rakiet kosmicznych. O pozostałych aspektach tego biznesu, w znacznie bardziej już optymistycznym tonie, przeczytacie w części trzeciej.

Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu

Więcej na tematy: