Prognoza 2016: Świat

Ten rok może być bardzo ważny dla światowego sektora kosmicznego. Zapraszamy do naszej prognozy wydarzeń na najbliższe 12 miesięcy.

1. POLITYKA
Na pierwszy plan w tym roku wysuwają się kwestie polityczne: dla Europy oraz dla USA. W obu przypadkach w tym roku mogą zapaść decyzje o dużym znaczeniu dla rozwoju sektora kosmicznego w tych regionach na kolejne lata.

Rada Ministerialna ESA
Pod koniec tego roku odbędzie się spotkanie ministrów odpowiedzialnych za przemysł kosmiczny z państw członkowskich Europejskiej Agencji Kosmicznej. Poprzednie dwa takie spotkania odbyły się w 2012 roku (pierwsze z Polską, wówczas większość ważnych kwestii poruszono) oraz w 2014 roku (z mniejszym zakresem dyskusji). Rada Ministerialna ESA w 2016 roku skupi się na większości programów tej Agencji, a jej skutki będą odczuwane przez wszystkie państwa członkowskie, w tym i Polskę.

Czego można się spodziewać na Radzie Ministerialnej ESA w tym roku? Nowy Dyrektor Generalny ESA, Jan Woerner, w ostatnich miesiącach głośno promował koncepcję budowy międzynarodowej bazy na Księżycu o nieformalnej nazwie “Moon Village”. Taka “księżycowa wioska” powstałaby po zakończeniu programu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), której pobyt na orbicie został przedłużony do minimum 2024 roku.

Johan Dietrich Woerner, nowy szef ESA / Credits: Michał Moroz, Blue Dot Solutions

Ważną kwestią, która być może zostanie poruszona głębiej na tej Radzie Ministerialnej, to dalszy rozwój ESA. W najbliższych latach kilka z państw sąsiadujących z Polską zakończy swój proces integracji z Agencją. Sama ESA pod koniec tej dekady może się składać nawet z 30 państw członkowskich.

W większości nowe państwa będą dysponować ograniczonymi funduszami, znacznie mniejszymi od polskiej składki do ESA. Może to wymusić nowe formy współpracy i działania w Europie w sektorze kosmicznym. Ponadto, tematy polityczne, w tym współpracy z Ukrainą i z Rosją, mogą się pojawić na tej Radzie Ministerialnej.

Wybory prezydenckie w USA i wpływ na NASA
W listopadzie tego roku zakończy się druga kadencja Baracka Obamy. Jest pewne, że w Białym Domu zasiądzie nowy prezydent, aczkolwiek w tej chwili trudno określić, czy będzie on/ona pochodzić z partii demokratycznej czy republikańskiej. Niemniej jednak wizja prezydenta USA co do dalszego rozwoju NASA może wywrzeć duży wpływ na tę agencję.

Warto tu zauważyć, że na początku prezydentury Baracka Obamy doszło do przeglądu kierunku rozwoju NASA (“komisja Augustine”) a następnie z inicjatywy Białego Domu do anulowania programu Constellation. Przez kolejne lata NASA pracowała nad technologiami dla strategii “Flexible Path”, której celem nadrzędnym jest lądowanie człowieka na Marsie pod koniec lat 30. XXI wieku.

Wcześniej szereg misji ma być przeprowadzonych, w tym bezzałogowo-załogowa dwuczęściowa Asteroid Redirect Mission (ARM), której celem jest podjęcie głazu z planetoidy. Ta misja spotyka się z dużą krytyką – niektórzy uważają, że ARM nie ma sensu w obecnym kształcie. Pojawia się zatem pytanie: czy nowy prezydent USA będzie zainteresowany ARM?

Wizualizacja misji ARM na Fobosie / Credits: NAC,NW

Dużym problemem są zawsze nakłady funduszy na NASA. Z reguły ta agencja otrzymuje mniejsze finanse niż potrzebne, co skutkuje opóźnieniami. Jednakże, nowy prezydent USA będzie mógł zobaczyć ważne wyniki prac NASA z ostatnich lat: bezzałogowe testy komercyjnych kapsuł Boeinga i SpaceX (2016 / 2017), pierwszy start rakiety SLS (2018), pierwsze komercyjne loty załogowe (2017/2018), prototyp modułu załogowego dla przestrzeni wokół Księżyca (2018?), start kosmicznego teleskopu JWST (2018) czy przelot sondy New Horizons obok 2014 MU69 (2019). Te wszystkie wydarzenia, jeśli przebiegną pomyślnie, mogą skłonić nowego prezydenta USA do wyższego finansowania NASA.

2. MISJE BEZZAŁOGOWE
Rok 2016 będzie niemniej obfitujący w różne wydarzenia z dziedziny misji bezzałogowych. Nastąpią starty kolejnych, ciekawych misji badających różne obiekty w naszym Układzie Słonecznym. Jednocześnie z całą pewnością można się spodziewać kolejnych ogłoszeń niesamowitych rezultatów trwających obecnie misji.

W 2015 roku zakończyły się dwie wyprawy sond do Merkurego i Wenus. W styczniu odebrano ostatni sygnał od Venus Express, która spłonęła w atmosferze gorącej bliźniaczki Ziemi, natomiast w kwietniu o powierzchnię Merkurego roztrzaskano sondę MESSENGER (wyczerpanie paliwa). Tym samym dwie pierwsze planety Układu Słonecznego pozostały opuszczone. Wenus na szczęście nie na długo!

Wenus sfotografowana przez VCO Akatsuki w paśmie ultrafioletowym, 7 grudnia 2015 / Credits: JAXA

7 grudnia 2015 roku Japońska Agencja Kosmiczna JAXA potwierdziła, że udało się wprowadzić na orbitę wokół Wenus sondę Akatsuki. Na skutek awarii głównego silnika tej sondy do szczęśliwie zakończonego wejścia na orbitę doszło w aż pięć lat po pierwotnym terminie. Operatorzy do wyhamowania wykorzystali cztery silniki RCS, służące zazwyczaj do manewrowania. 26 marca dojdzie do obniżenia orbity sondy (330 000 na 400 km) i rozpoczęcia dwuletniej misji naukowej.

Niewątpliwie duża ilość bardzo interesujących wydarzeń w ubiegłym roku przyćmiona została jedną informacją związaną z Marsem – potwierdzeniem istnienia wody w stanie ciekłym, która nawet teraz płynie po powierzchni Czerwonej Planety. Zainteresowanie eksploracją czwartej planety w Układzie Słonecznym nie gaśnie i będzie w obecnym roku jeszcze wzrastało.

Na orbicie Marsa i jego powierzchni prowadzić będzie dalsze działania cała armada orbiterów (amerykańskie Mars Reconnaisance Orbiter, 2001 Mars Odyssey Orbiter, MAVEN, europejska Mars Express oraz indyjska MOM) oraz amerykańskich łazików Curiosity i Opportunity.

Łazik MSL w regionie Buckskin. Na jednym z kół przednich łazika widać wyraźne uszkodzenia / Credits: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Z tych ostatnich wymienionych to Opportunity jest już najbliżej przejścia na „kosmiczną emeryturę” – z roku na rok mówi się coraz głośniej o zakończeniu misji łazika, która trwa już wiele lat (przejechaniu ponad 41 kilometrów) i zdobyciu całej masy wartościowych danych naukowych. Utrzymywanie misji jest jednak wysokim kosztem, a w kolejce czekają nowe wyzwania, którym sprostać można przy pomocy nowszych urządzeń.

Z kolei misja MRO – przynosząca niesamowite odkrycia – ma szansę trwać jeszcze wiele lat. Sondzie pozostało 187 kilogramów paliwa, co powinno pozwolić na jeszcze 19 lat prowadzenia działań na orbicie wokół Marsa, oczywiście o ile systemy i komputery sondy „nie zbuntują” się w międzyczasie.

Sonda ExoMars 2016 Trace Gas Orbiter na orbicie Marsa – wizualizacja / Credits: ESA

W 2016 roku to jednak z pewnością program ExoMars będzie najbardziej kojarzony z realizacją nowych misji eksploracyjnych. Dla Europejczyków będzie to szczególnie ważny program badań, wiążący się ze wzrostem aktywności, jaką prezentują przykładowo Amerykanie w pobliżu Czerwonej Planety.

Misja ExoMars jest wspólnym przedsięwzięciem Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) oraz Rosyjskiej Agencji Kosmicznej (obecnie korporacji) Roskosmos, ze szczególną rolą Włoskiej Agencji Kosmicznej (ASI), która jest liderem projektu z ramienia państw członkowskich ESA. Misja zrealizowana ma zostać z pomocą dwóch osobnych startów rosyjskich rakiet, z których pierwszy ma mieć miejsce w marcu tego roku.

Program ExoMars jest realizowany przez europejskie konsorcjum przemysłowe zrzeszające 134 przedsiębiorstwa kosmiczne z państw członkowskich ESA, pod przewodnictwem włoskiego Thales Alenia Space, jako głównego wykonawcy. Z Polski w budowę podzespołów misji zaangażowane są m.in. Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz firma Creotech S.A.

Osłony termiczne lądownika Schiaparelli / Credits: Airbus D&S

Rozpoczynająca się w tym roku misja będzie miała na celu zbadanie atmosfery Marsa i przetestowanie skuteczność technologii niezbędnych do wejścia w atmosferę i lądowania. Stąd w „tegorocznym pakiecie” w kierunku Czerwonej Planety wysłana zostanie sonda Trace Gas Orbiter oraz 600-kilogramowy moduł demonstratora lądowania EDM „Schiaparelli”.

Perfekcyjne dopracowanie tych kluczowych faz jest warunkiem dalszej eksploracji Marsa w ramach programu Aurora. ExoMars 2016 będzie też pełnił funkcję przekaźnika w łączności między łazikami kolejnych marsjańskich misji. Druga misja programu ExoMars, zaplanowana na rok 2018, będzie opierać się już na autonomicznym europejskim łaziku.

Warto podkreślić, że misja ExoMars 2016 nie miała być w 2016 roku jedyną misją bezzałogową realizowaną w kierunku Marsa przy wykorzystaniu tegorocznego „okna transferowego”. Pech dosięgnął amerykański lądownik InSight, który w czasie przygotowań przed startem doświadczył awarii (a dokładniej jeden z ważniejszych instrumentów naukowych).

Lądownik InSight nie zostanie wystrzelony ku Czerwonej Planecie w marcu 2016 roku lecz dopiero dwa lata później (najwcześniej). W chwili obecnej rozważane jest nawet całkowite anulowanie misji, jednak można oczekiwać, że taka decyzja nie będzie podjęta łatwo. Najbliższe miesiące pokażą jakie decyzje podejmie NASA oraz czy instrument zapewniany przez CNES zostanie naprawiony.

2016 rok będzie ostatnim pełnym rokiem działania wspaniałej misji Cassini w systemie Saturna. Obecnie sonda wykonuje ostatnie bliskie przeloty w pobliżu poszczególnych satelitów szóstej planety w Układzie Słonecznym. Naukowcy zwracali szczególną uwagę na Enceladusa, z którym związanych było wiele ciekawych obserwacji i odkryć w 2015 roku.

Cassini między Saturnem a jego pierścieniami – wizualizacja / Credits: NASA-JPL

Przez ostatnie 1,5 roku misji naukowej operatorzy dalej będą kierować kamery sondy Cassini na lodowe księżyce Saturna, pierścienie oraz samą planetę. W trakcie 2016 roku przeprowadzonych zostanie 11 bliskich przelotów obok największego z satelitów – Tytana. Zakończenie tej trwającej już kilkanaście lat misji, poprzedzone jeszcze jednym przelotem w pobliżu księżyca z atmosferą, planowane jest na 15 września w 2017 roku.

Z Saturnem będziemy się niebawem żegnać, ale w 2016 roku ludzkość zacznie ponownie badać Jowisza z bliska! 4 lipca na orbitę wokół największej planety w Układzie Słonecznym wejdzie sonda Juno, która według aktualnego planu ma wykonać 32 okrążenia wokół „króla planet”, co zajmie 20 miesięcy.

Misja Juno będzie pierwszym orbiterem Jowisza od lat 90-tych ubiegłego wieku, kiedy planetę badał orbiter Galileo. Celem głównym Juno będzie badanie wnętrza największej planety w Układzie Słonecznym poprzez mapowanie jej pola magnetycznego i grawitacyjnego. Warto podkreślić, że jednocześnie ta misja stanowi pierwszą demonstrację możliwości zasilania sondy z paneli fotowoltaicznych w tak dużej odległości od Słońca.

Oczywiście planety Układu Słonecznego to nie jedyne cele eksploracji. Amerykanie w 2016 roku rozpoczną kolejną interesującą misją w kierunku planetoidy, której start planowany jest obecnie na wrzesień. Celem sondy OSIRIS-REx w ramach trzeciej misji z serii „New Frontiers” będzie planetoida Bennu. Dotarcie do obiektu zajmie sondzie 2 lata, a dostarczenie próbek gruntu na Ziemię kolejne 5 lat (rok 2023). Celem badań będzie lepsze poznanie składu materii budującej Układ Słoneczny na wczesnym etapie jego życia.

Wizualizacja OSIRIS-REx / Credits: NASA

W 2016 roku będą również postępować przygotowania do wystrzelenia nowych sond, lotu ku wybranym celom przez inne misje oraz intensywnej pracy obserwacyjnej tych sond już wyniesionych poza Ziemię, jak np.:

• trwać będzie dalsza budowa następcy Teleskopu Hubble – James Webb Space Telescope;
• trwać będzie lot ku planetoidzie 162173 Ryugu (typu C) japońskiej sondy Hayabusa-2. Dotarcie do planetoidy spodziewane jest w lipcu 2018 roku;
• do połowy 2016 roku sonda Dawn zakończy badania planety karłowatej Ceres, nad którą znajduje się od niecałego roku. Ograniczeniem są zapasy paliwa sondy, które nie pozwolą na dłuższe działanie. Po zakończeniu misji Dawn pozostanie na stabilnej orbicie nad Ceres na wiele stuleci;
• na orbicie Księżyca wciąż działać będzie Lunar Reconnaissance Orbiter,
• kolejne dane o tranzytach zbierać będzie obserwatorium Kepler.

3. PONOWNE WYKORZYSTANIE RAKIET?
2016 rok może być także początkiem ery lotów rakiet wielokrotnego użytku. Dotychczas w historii lotów kosmicznych, najbardziej do tej koncepcji zbliżyły się misje wahadłowców, które po powrocie na Ziemię były poddawane kosztownej serii napraw i testów, zanim ponownie mogły wyruszyć w przestrzeń kosmiczną.

Lądowanie promu kosmicznego Discovery w ramach misji STS-114 / Źródło: NASA

Wielokrotne użycie rakiet jeszcze do niedawna przypominało science – fiction. Fantastyczne powieści z ubiegłego stulecia, opisujące jednostopniowy wehikuł startujący z Ziemi i ponownie lądujący w pozycji pionowej, wzbudzały wyobraźnię miłośników astronautyki. Niestety, przez dekady takie rozwiązanie wydawało się niemożliwym do zrealizowania, a rakiety pozostawały jednorazowego użytku – poza kosztownymi wyjątkami, takimi jak wspomniane wyżej wahadłowce.

Falcon 9R i Falcon Heavy
Wreszcie sytuacja może się zmienić. Duże zainteresowanie w tej dziedzinie zaprezentowało dotychczas amerykańskie przedsiębiorstwo kosmiczne SpaceX (Sprace Exploration Technologies). Już w 2011 roku zapowiadało ono opracowanie rakiet wielokrotnego użytku. Kilkanaście miesięcy później zakończono prace projektowe i rozpoczęto pierwsze testy, początkowo na niskich wysokościach. Zwieńczeniem testów było udane lądowanie rakiety Falcon 9R v1.2 w nocy z 21 na 22 grudnia 2015 roku na placu na lądzie.

Na ten rok firma SpaceX zaplanowała kilka prób lądowania pierwszego stopnia Falcona 9R. Możliwe jest także pierwsze ponowne wykorzystanie stopnia w kolejnym locie, jak zapowiadał właściciel firmy i wielki wizjoner – Elon Musk.

Ponadto, w okolicach kwietnia i maja 2016 roku powinien nastąpić debiut ciężkiej, częściowo odzyskiwalnej rakiety Falcon Heavy (FH). Jest ona drugą – po Saturnie V, największą rakietą nośną, choć niedługo będzie musiała ustąpić miejsca budowanej przez NASA Space Launch System (w ramach realizacji eksploracji w głębokiej przestrzeni kosmicznej).

Wnętrze hali produkcyjnej rakiet Falcon / Credits: SpaceX

Pierwszy człon ciężkiej rakiety SpaceX i jej silniki są oparte o rozwiązania stosowane w Falconie 9 v1.1. FH może jednak wynieść na niską orbitę okołoziemską (LEO) ładunek o łącznej masie 53 ton. Jest to duża zmiana w porównaniu do Falcona 9, która jest w stanie unieść na LEO tylko 13 ton. FH została ogłoszona już w 2011 r., a jej dziewiczy lot przewidywano na 2013 r., jednakże z różnych przyczyn data ta była odsuwana w czasie.

Po kwietniowej/majowej próbie, we wrześniu powinien odbyć się drugi lot FH, którego celem ma być wyniesienie 37 satelitów dla amerykańskich Sił Powietrznych (Air Force). W tym roku planowane są jeszcze 2 misje tej rakiety, mające na celu wyniesienie satelitów ViaSat i Immarsat, jednakże nie ustalono jeszcze ostatecznych dat, a co więcej można się spodziewać dużych obsunięć w czasie.

Start rakiety Falcon Heavy – wizualizacja / Credits: SpaceX

Opłacalność lotów wielokrotnych jest wciąż tematem dyskusji. Po doświadczeniach z wahadłowcami wiadomo, że ponowne zastosowanie statku kosmicznego wymaga niemałych nakładów finansowych.

Przejście przez atmosferę ziemską naraża rakietę na poważne uszczerbki. Dodatkowo, rakieta stosowana po raz kolejny jest bardziej podatna na awarię, niż całkiem nowy egzemplarz.

Kolejnym czynnikiem są koszty ubezpieczenia, zarówno rakiety jak i wynoszonych przez nią obiektów. W przypadku startu na rakiecie używanej, mogą one diametralnie wzrosnąć. Prawdopodobnie w 2016 roku poznamy przynajmniej częściową odpowiedź na opłacalność lotów rakiet z odzyskiwanym pierwszym stopniem.

Konkurencja SpaceX

New Shepard podchodzi do lądowania – 23.11.2015 / Credits – Blue Origin

Warto tu wspomnieć, że konkurencja (także ta dalsza) SpaceX stara się nie pozostawać z tyłu. Główny konkurent SpaceX, konsorcjum United Launch Alliance (ULA), pracuje nad częściowo odzyskiwalną rakietą Vulcan. Jej pierwszy start nie nastąpi wcześniej niż w 2019 roku, jednak w 2016 roku ULA zadecyduje o wyborze silnika pierwszego stopnia.

Inna firma, która pracuje nad rakietami wielokrotnego odzysku, jest Blue Origin (BO) Jeffa Bezosa (właściciel Amazon). Flagowa konstrukcja firmy BO to rakieta New Shepard, która ma służyć do wynoszenia ludzi w krótki, suborbitalny lot. W listopadzie 2015 roku BO pomyślnie po raz pierwszy przeprowadziła test tej rakiety z lądowaniem – można się spodziewać kolejnych podobnych testów w 2016 roku.

4. CHIŃSKIE DZIAŁANIA W KOSMOSIE
Chiński program załogowy jest realizowany w stosunkowo wolnym tempie: kolejne loty statków Shenzhou (SZ) odbywają się z częstotliwością od 1 do 3 lat. W 2016 r. planowany jest kolejny załogowy start: SZ-11. W trakcie tego lotu będzie przeprowadzone cumowanie do testowego modułu orbitalnego Tiangong (TG) – w tym roku zostanie umieszczony na orbicie TG-2 (TG-1 wystartował w 2011 r. i cumowały do niego do 2013 r. trzy statki SZ).

Moduł Tiangong-1 i Shenzhou-10 / Grafika wykonana przez Junior Miranda

Źródłowe informacje o chińskim programie załogowym są bardzo skąpe. Start modułu TG-2 spodziewany jest około połowy roku. Będzie to moduł podobny do TG-1, ale nieco zmodernizowany: usprawniono system podtrzymywania życia, który pozwoli na dłuższy pobyt załogi (mówi się o miesiącu).

W sumie do TG-2 zacumują dwa statki, które wystartują nieco po nim: załogowy SZ-11 z trzema astronautami oraz pierwszy egzemplarz nowego statku cargo Tainzhou (TZ-1), który też będzie oparty na konstrukcji TG.

Nie wiadomo, czy TG-2 zostanie wyposażony w dwa węzły cumownicze, tak by oba statki mogły zacumować do niego w tym samym czasie, ani w jakiej kolejności będą one cumować. Celem tych misji będzie m.in. przetestowanie sprawności systemu zaopatrywania przyszłej stacji orbitalnej.

Rodzina rakiet Chang Zheng CZ-5 / Credits: Jirka Dlouhy

Powyższe eksperymenty będą ważne dla rozpoczynającej się za kilka lat budowy wielomodułowej stałej stacji orbitalnej. Ponadto w 2016 r. będą wprowadzane do służby nowe rakiety nośne, co jest kluczowe, gdyż o ile statki SZ i TG mogą być wynoszone obecną rakietą nośną Chang Zheng (CZ) w wersji 2F, to statek TZ ze względu na załadunek cargo i całkowitą masę ok. 13 ton będzie wymagał silniejszej rakiety.

Tą rakietą będzie CZ-7, której pierwszy start planowany jest już w kwietniu. Natomiast budowa właściwej stacji będzie wymagała jeszcze mocniejszej rakiety do wynoszenia na orbitę modułów, których masa przekracza 20 ton. Do tego posłuży najsilniejsza rakieta z rodziny CZ czyli CZ-5, której pierwszy start planowany jest we wrześniu bieżącego roku.

5. POZOSTAŁE
Moduł BEAM dołączony do ISS
Podczas misji logistycznej CRS-8 statku Dragon do ISS przywieziony zostanie mały eksperymentalny moduł BEAM (Bigelow Expandable Activity Module). Będzie to pierwszy nadmuchiwany moduł dołączony do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Bigelow BEAM zadokowany do ISS / Credits: NASA

Wcześniej technologia ta była testowana podczas lotów samodzielnych modułów Genesis 1 i 2 w 2006 oraz 2007 roku. BEAM posiada masę 1360 kilogramów. Doda 16 metrów sześciennych przestrzeni do stacji kosmicznej, chociaż przez większość czasu ze względów na testy szczelności pozostanie niedostępny dla astronautów. Moduł BEAM pozwoli zrealizować dalsze prace badawcze przed wyniesieniem przyszłych komercyjnych stacji kosmicznych należących do Bigelow Aerospace.

Pierwszy lot Dragona 2
Pod koniec roku spodziewany jest pierwszy testowy lot Dragona 2, wersji pojazdu przystosowanej do transportu astronautów. Misja DM-1 (Demo Mission 1) zostanie zrealizowana w trybie bezzałogowym. Pierwsi astronauci polecą kolejnym Dragonem 2 (DM-2) dopiero w 2017 roku.

Wnętrze kapsuły Dragon V2 / Credit: SpaceX

Statek kosmiczny rozwijany przez SpaceX w ramach programu Commercial Crew Development będzie w stanie wynieść aż do 7 osób na orbitę. Tym samym już wkrótce Stany Zjednoczone odzyskają możliwość wysyłania astronautów w przestrzeń kosmiczną po zakończeniu programu wahadłowców.

Loty suborbitalne
W tym roku powinniśmy zobaczyć drugi egzemplarz SpaceShipTwo firmy Virgin Galactic. Dotychczasowy lider w wyścigu po komercyjne loty suorbitalne boryka się z problemami technicznymi i wiele wskazuje na to, że firma Blue Origin jako pierwsza zacznie oferować wynoszenie ludzi ponad umowną granicę kosmosu (100 km) w krótkim locie balistycznym. Jest jednak mało prawdopodobne, by pierwszy taki lot nastąpił jeszcze w tym roku.

Granica Układu Słonecznego
Przez cały 2016 rok spodziewana jest praca sond Voyager 1 i Voyager 2. Pierwsza z tych sond od sierpnia 2012 roku przebywa w przestrzeni międzygwiezdnej, natomiast druga wciąż porusza się w obszarze kontrolowanym przez Słońce. W tej chwili trudno określić kiedy Voyager 2 przekroczy heliopauzę, ale może to nastąpić już w tym roku.