Technologie

Kosmos a sprawa polska cz. 1 - polskie Cape Canaveral

KK
Krzysztof Kurdyła
2

Polski przemysł kosmiczny parę lat temu był jak Yeti, ponoć jakieś firmy istniały, ale czym się zajmowały? Prawie nikt nie wiedział. Dużo zmieniło się na lepsze, dziś nasze firmy współpracują z najlepszymi, ale czy mamy w takim razie szansę dorobić się polskiego SpaceX?

Wizyta na European Rover Challange była dla mnie okazją do przemyśleń, na temat tego czym może stać się polski przemysł kosmiczny, ale też jak ogólnie ta branża postrzegana jest przez zwykłych ludzi. Nie da się ukryć, że dla większości osób niesiedzących w temacie, kosmos to przede wszystkim rakiety. Wiedza o tym, że ich kluczową rolą jest wyniesienie satelitów na którąś z orbit, jest może i powszechna, ale już nie tak interesująca.

Zwykli ludzie kojarzą w temacie NASA, SpaceX i Cape Canaveral, a nie producentów czy operatorów satelitów. Dlatego też postaram się w kilku artykułach odpowiedzieć na pytanie, czy Polska ma szansę dorobić się swojego SpaceX i czy ma to sens. W pierwszym tekście zacznę od omówienia trudności ze stworzeniem polskiego Cape Canaveral, którego temat powraca co jakiś czas w sensacyjnych artykułach.

Polski Port Kosmiczny?

Zacznijmy od tego, czy mamy w ogóle sensowne miejsce na port kosmiczny dla startów wertykalnych, na terenie naszego kraju? Mówiąc krótko, nie. Koniec artykułu, można się rozejść... No dobrze, pisząc już zupełnie serio, rakiety nie mogą startować nad terenami zamieszkanymi (chyba że w Chinach), a poza tym są też ograniczenia związane z geografią i mechaniką orbitalną powodujące, że w Polsce stworzenie sensownego ekonomicznie portu jest po prostu niemożliwe.

Bezpieczeństwo

Jak zapewne większość z Was wie, rakieta startując na orbitę, nie dolatuje tam w całości. W czasie normalnego startu na ziemię spadają wykorzystane i odłączone człony rakiet oraz owiewki ładunku. W trakcie startu nienormalnego „na głowę” może nam spać wypełniona po brzegi paliwem cała rakieta. Z tego względu porty kosmiczne mają wyznaczone swoje azymuty startowe, czyli określoną kątowo przestrzeń, w kierunkach których mogą odbywać się starty.

Azymut jest liczony poczynając od kierunku północnego, zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Wschód to 90 stopni, południe 180° i tak dalej. Rakiety z Cape Canaveral mogą startować w kierunkach pomiędzy 35° a 120°, a więc bardzo korzystnie dla rakiet, na wschód (zgodnie z kierunkiem obrotu naszej planety). Jeśli spojrzycie na mapę, zauważycie, że ograniczają ten obszar Bahamy i wschodnie wybrzeże Stanów Zjednoczonych. Żeby móc wysyłać rakiety na orbity polarne, Amerykanie muszą się posiłkować portem w bazie lotniczej Vandenberg (azymut startowy 158 - 201°)

Jeśli przerzucimy się na nasze wybrzeże, to zauważymy, że jedyny dłuższy korytarz wodny mamy w kierunku „na Finlandię”, musimy zmieścić się pomiędzy Gotlandią i wyspami należącymi do Estonii. Port musiałby zostać zbudowany w okolicy jeziora Żarnowieckiego. Jego azymut wyniósłby coś pomiędzy ~25° do ~35°, a i tak po 650 km rakiety wlatywałyby nad Finlandię.

650 km, czy to dużo?

Posłużmy się przykładem Korei Północnej i ich rakiet Unha. Trzystopniowe rakiety startują z cypla w północno-zachodnim rejonie tego kraju, w kierunku południowym nad morza Żółte i Wschodniochiński. Po 450 km spada pierwszy człon rakiety, po 750 km owiewki ładunku, a po około 2500 km, na wschód od Filipin, „lądują” w wodzie szczątki drugiego członu. Oczywiście w przypadku awarii szczątki rakiety mogą spaść w każdym miejscu tej przestrzeni odcinku.

W przypadku innych rakiet, zależnie od modelu, jak i profilu misji jest podobnie. Choć odległości stref upadku komponentów trochę się między nimi różnią, to te 2000 - 2500 bezpiecznego korytarza jest niezbędne. Jak widać, Finlandia leży zdecydowanie za blisko, rakieta przelatywałaby nad sporą ilością gęsto (jak na ten kraj) zamieszkanych terenów. Trzeba jeszcze dodać, że nawet te 600 km „wolnego” Bałtyku jest dziś mocno nasycone transportem morskim, płynącym do portów krajów bałtyckich, Finlandii, a przede wszystkim Rosji.

Nawet jednak gdybyśmy byli w stanie zignorować te, dyskwalifikujące na dziś tę lokalizację problemy, to położenie tego portu na prawie 55° północnej szerokości geograficznej powoduje, że taki port miałby mocno ograniczone możliwości. Rakiety niewykonujące kosztownych manewrów orbitalnych nie byłyby w stanie umieścić ładunków na orbitach o inklinacjach poniżej tej wartości. Jednocześnie azymut jest tak wąski i ustawiony w nijakim kierunku, że byłby to chyba najmniej użyteczny port na całej planecie :).

Dodajmy też, że chętnych do wysyłki sprzętu na orbity okołopolarne jest mniej, a komercyjnych, znacznie lepiej położonych portów umożliwiających takie starty z każdym rokiem przybywa. Mają je Amerykanie (Vandenberg, Kodiak), Norwegowie (Andøya), trzy planują Brytyjczycy, a do tego pływający port na Morzu Północnym planują Niemcy.

Ale przecież Niemcy...

Przejdźmy więc na chwilę do naszych zachodnich sąsiadów. Nie będzie dla nikogo zaskoczeniem, że wśród krajów, które zgłaszają kosmiczne aspiracje, są też Niemcy. Ich sytuacja geograficzno-orbitalna jest niewiele lepsza od polskiej, warto więc zerknąć, jak oni próbują poradzić sobie z tym problemem. Jedynym portem kosmicznym umiejscowionym na terenie Niemiec miałoby być lotnisko umożliwiające start samolotów z podwieszonymi rakietami w stylu Virgin Orbit.

Dla startów wertykalnych przewiduje się pływając port, czyli duży statek wyposażony w wyrzutnię, który w razie potrzeby będzie wypływał na Morze Północne i stamtąd wystrzeliwał rakiety niemieckich firm. Warto tu jednak dodać, że najbardziej obiecujące niemieckie startupy, Rocket Factory Augsburg i Isar Aerospace, zakontraktowały już możliwość startów z Gujany Francuskiej oraz norweskiego portu Andøya Space. Cudów w mechanice orbitalnej nie ma, jeśli potężne inwestycje mają mieć szanse się zwrócić, muszą mieć ekonomicznie, a nie politycznie uzasadnione miejsca startów.

Skopiować Niemców?

Czy możemy skopiować któryś z niemieckich pomysłów? Oczywiście, najprościej zabezpieczyć sobie starty z istniejących portów kosmicznych, zarówno Gujana, jak i porty norweskie czy brytyjskie powitają nas z otwartymi rękami. Pozostałe dwie opcje również są możliwe do skopiowania, ale w przypadku pływającej wyrzutni będziemy mieli znacznie trudniej i drożej niż Niemcy.

Nasi sąsiedzi mają bowiem coś, czego nie mamy my, porty na brzegu Morza Północnego.  Za każdym razem musielibyśmy się więc przeciskać przez cieśniny Sund i pokonywać o wiele większe odległości całą flotyllą statków, na którą taki „zestaw startowy” się składa. Względnie musielibyśmy wynająć część któregoś z portów w wybrzeżu tego morza, obie opcje powodują, że ekonomiczna strona tego przedsięwzięcia się rozsypuje, tym bardziej że na wspomnianym akwenie nie uciekniemy od ograniczeń orbitalnych, „strzelać” można tylko na orbity polarne i SSO.

Skopiować Bransona?

Znacznie korzystniej wygląda koncept z rakietami zrzucanymi z samolotów. Po pierwsze, taki system powinien być relatywnie, podkreślam relatywnie, prosty do stworzenia. Po drugie, za port kosmiczny robiłoby lotnisko z odpowiednim wyposażeniem dodatkowym.

Niemcy dla startów horyzontalnych chcą przeznaczyć dawne lotnisko zapasowe dla wahadłowców w Nordholz nad Morzem Północnym (lub Rostock nad Bałtykiem). Polska dla takich operacji mogłaby rozważyć np. Szczecin. Różnica finansowa w pokonaniu dodatkowych ~400 km w locie nad Morze Północne, wydaje się być przy kosztach 12 - 15 mln dolarów za start pomijalna.

Nie mniej trzeba zauważyć, że tak od nas, jak i od Niemców znacznie lepsze warunki będą mieli w tym zakresie Brytyjczycy. Na północy, poza aż trzema portami umożliwiającymi starty wertykalne, zaprojektowali sobie też Spaceport Machrihanish obsługujący działalność starty z użyciem samolotów.

Jeszcze gorzej przedstawia się sprawa na południu gdzie otworzono Cornwall Airport Newquay, z którego korzystać będzie między innymi Virgin Orbit. Jest to miejsce położone idealnie, żeby obsługiwać południowo-zachodnią część „europejskiej” części Atlantyku. Żeby dotrzeć w ten rejon z Polski, trzeba pokonać dodatkowe 1500 km w jedną stronę.

To oznacza, że do kosztu wyniesienia nasz operator musiałby doliczyć minimum 3 - 4 dodatkowego godziny lotu. W przypadku normalnego Boeinga 747 średni koszt godziny lotu to coś około 30 tys. dolarów. W przypadku samolotu specjalnego zastosowania byłoby to zapewne znacznie więcej. Misje z rejonów bardziej atrakcyjnych „orbitalnie” kosztowałyby nas więcej, a do tego byłyby bardziej skomplikowane.

A może kolejny Sea Launch?

Inną opcją jest skopiowanie modelu firmy Sea Launch, która wystrzeliwała swoje rakiety z przerobionej platformy wiertniczej „Oddysey”, umiejscowionej na Oceanie Spokojnym w pobliżu równika. Rozwiązanie tego typu jest dobrze przetestowane, z platform startowano też z kenijskiego wybrzeża Oceanu Indyjskiego, gdzie Włosi założyli Broglio Space Center z platformą San Marco jako miejscem wystrzeliwania rakiet.

Taka platforma ma cały szereg zalet, pozwala wykorzystać optymalnie ruch obrotowy Ziemi, odpowiednio umiejscowiona umożliwia starty w każdym kierunku, pozwala też wybrać stabilny atmosferycznie obszar itd. Nie przypadkowo aż dwie takie platformy (po 3,5 mln dolarów każdą), kupił Elon Musk.

Oczywiście takie przedsięwzięcie jako całość jest bardzo drogie, platforma wymaga miejsca, skąd można nią kierować. W przypadku „Oddysey” był to statek „Sea Launch Commander”, w przypadku San Marco była to druga platforma oraz baza położona na wybrzeżu. Do tego dochodzi rozwiązanie kwestii bieżącego zaopatrzenia takiego obiektu w żywność i sprzęt. Żeby taka inwestycja mogła się zwrócić, musielibyśmy mieć naprawdę uniwersalną rakietę, która zalety platformy byłaby w stanie wykorzystać. Drugim, niezbędnym klockiem układanki jest ktoś z wizją, kto byłby stanie na tak już dziś trudnym rynku powalczyć o klientów.

Ekonomia głupcze

Ekonomia - to tutaj wydaje się jak zwykle pies pogrzebany. Polska na własny system typu Falcon 9, czy choćby Zenith żadnych widoków nie ma. Jedyną instytucją, która byłaby w stanie sfinansować taki projekt, jest polskie państwo. Szczerze powiedziawszy, wizja Orlen Rocket i Orlen Space Station budzi bardziej moje przerażenie, niż zachwyt.

Na dziś, nasze skromne kombinacje z napędem na paliwo stałe lub hybrydowe mogą pomóc stworzyć prostą rakietę dostarczającą małe ładunki na LEO. Tyle że coraz mniej jest ekonomicznego miejsca na nowe projekty tego typu, a jeśli Musk szybko dokończy Starshipa będzie jeszcze trudniej. Jeśli gdzieś widziałbym szanse, to prędzej w startach horyzontalnych, gdzie ciągle widać bardzo duże pole do optymalizacji, tak technologicznej, jak i kosztowej. Ale i tu potrzeba wizjonera z pieniędzmi, który jeśli będzie miał głowę na karku, to swój startup założy, ale w Stanach Zjednoczonych, a nie Europie.

Pomarzyć o polskim Cape Canaveral jest więc miło, ale o ile nie pojawi się jakiś geniusz z przełamującym dzisiejszą orbitalną ekonomię wynalazkiem, dodatkowo rozwiązującym kwestie bezpieczeństwa, nie ma szans na powstanie czegoś takiego. Poligony niezbędne do testowania, będących bardziej sztuką dla sztuki, rakiet suborbitalnych już mamy, lotniska również. A czy mamy w ogóle szansę i potrzebę posiadania orbitalnych rakiet? O tym napiszę już w kolejnej części...

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

Więcej na tematy: