W kosmos polonezem.doc

W kosmos polonezem

To niemal cud, że promy kosmiczne w ogóle jeszcze latają

Każdy lot statkiem kosmicznym sprzed ponad ćwierć wieku to ogromne ryzyko. Jak to się dzieje, że większość kosmicznych misji kończy się jednak sukcesem?

Dziś, w połowie pierwszej dekady XXI wieku, każdy lot wahadłowca przypomina wyjazd na wakacje mocno sfatygowanym polonezem - mnóstwo przygotowań, sporo strachu i kilka napraw po drodze. A i tak nigdy nie wiadomo, czy wrócisz.

17 lipca o godzinie 9.14 szefostwo NASA po raz pierwszy od dwóch tygodni mogło spokojnie odetchnąć. Udało się bezpiecznie sprowadzić na Ziemię prom kosmiczny Discovery i szczęśliwie zakończyć drugą od czasu katastrofy Columbii misję orbitalną. Oznaczało to ocalenie nie tylko sześciu członków załogi promu, ale też całego programu lotu wahadłowców, który kosztował już niemal 150 miliardów dolarów. Mimo to NASA, drżąc w obawie przed kolejną wpadką, trzyma się kurczowo coraz bardziej przestarzałej floty kosmicznej.

Ambitne, nierealne plany

Oficjalnie program lotów kosmicznych rozpoczął się jeszcze za prezydentury Richarda Nixona - 5 stycznia 1972 roku. Ogłoszono wtedy, że wkrótce w przestrzeń kosmiczną będziemy latali niemal tak łatwo, jak dziś pokonujemy Atlantyk. Propagandowa grafika przedstawiała korzyści, jakie Ameryka będzie czerpać z nowego programu kosmicznego: rozwój nauki i komunikacji, ułatwione poszukiwania surowców naturalnych, przeniesienie przemysłu na orbitę, nawigacja satelitarna dla każdego, wzmocnienie współpracy międzynarodowej i wreszcie wkład w bezpieczeństwo narodowe.

Ten ostatni element najmocniej zaważył na 30-letniej historii wahadłowców. W latach 70., po zakończeniu programu Apollo, NASA cierpiała na brak funduszy. Początkowo program wahadłowców miał służyć kolejnym wyprawom na Księżyc, przygotowaniu wielkiej podróży na Marsa i budowie stacji orbitalnych. Plan był prosty - stworzyć flotę kosmicznych samolotów wielokrotnego użytku, które będą bardzo często latały w kosmos, dzięki czemu koszty ich budowy szybko się zwrócą. Według założeń kolejne promy miały startować raz-dwa razy w tygodniu. Przy takim tempie prac skonstruowanie potężnej stacji kosmicznej byłoby kwestią kilku miesięcy. Optymistycznie planowano, że rutynowe loty w kosmos odbywać się będą przy udziale zaledwie dwóch astronautów - w końcu potężne samoloty transportowe też może pilotować tylko dwuosobowa załoga.

Kłopoty finansowe sprawiły, że stopniowo rezygnowano z Marsa, Księżyca i ze stacji orbitalnej. NASA chciała ocalić przynajmniej sam prom, więc zdecydowała się na współdziałanie z amerykańskimi siłami powietrznymi, które w tym czasie pracowały nad projektem kosmicznego samolotu. Wojsko zgodziło się pomóc, ale postawiło twarde warunki. Promy musiały mieć potężny udźwig, by móc wynosić niemal 20-tonowe satelity szpiegowskie na trudne okołobiegunowe orbity. Równocześnie potrzebna była większa manewrowość pojazdu niezbędna przy lądowaniu na różnych lotniskach.
By promy mogły służyć nie tylko jako statki transportowe, ale też kosmiczne laboratoria naukowe, trzeba było zwiększyć liczbę członków załogi - dziś standardowo lata siedmiu kosmonautów. Z kolei więcej osób na pokładzie oznacza konieczność zapewnienia im dodatkowego miejsca i rozbudowę systemów podtrzymywania życia i bezpieczeństwa. Szybko okazało się, że loty dwa razy w tygodniu są absolutnie nierealne - po każdym starcie prom wymagał kilkumiesięcznego przeglądu i przygotowań do kolejnej misji. Wszystko to wymuszało wiele zmian w pierwotnych projektach. Postawiono na przykład na układ skrzydeł delta, który podwyższał nośność bez znacznego zwiększania całego promu.

Kolejne cięcia spowodowane wojną w Wietnamie i kryzysem gospodarczym wymuszały ciągłe modyfikacje założeń. Zamiast pojazdu, którego wszystkie elementy nadawałyby się do ponownego wykorzystania, zdecydowano się na konstrukcję z zewnętrznym zbiornikiem paliwa i rakietami na paliwo stałe, które były odrzucane po starcie.

Po długich bojach i budowie prototypu, 24 marca 1979 roku do Centrum Lotów Kosmicznych imienia Kennedy'ego dostarczono pierwszy w pełni działający prom - Columbię. Ta maszyna (uległa katastrofie w 2003 roku) była konstrukcją z tego samego czasu co pierwsze polonezy. Wprawdzie dwukrotnie poddawano ją modyfikacjom, ale przypominało to raczej rozbudowany tuning niż generalną przebudowę. Trzeba sobie zdawać sprawę, że trzon ziemskiej floty kosmicznej stanowią konstrukcje sprzed 20-30 lat, z czasów, gdy moc obliczeniowa silnych komputerów była mniejsza niż dzisiejszych telefonów komórkowych.

Najmłodszy z promów Endeavour zbudowano z części zamiennych, po to by zastąpić Challengera zniszczonego podczas startu w 1986 roku. Budowę ukończono w 1991 roku, ale maszyna powstała według planów z połowy lat 70.

Udoskonalanie poloneza

Jak to się dzieje, że promy wciąż jeszcze mogą latać? Poza standardowymi przeglądami przeprowadzanymi po każdym locie co jakiś czas wahadłowce poddawane są modernizacji. Na początku lat 90. najpilniejszą sprawą była wymiana rozpaczliwie przestarzałych komputerów pokładowych i wyposażenia kokpitu. Ogromny panel pełen przełączników i monochromatycznych wyświetlaczy pokazujących grafikę znacznie gorszą niż w ZX Spectrum zamieniono na tak zwany glass cocpit. To zbudowany z płaskich ekranów system sterowania, w którym analogowe wyświetlacze zastąpiły kolorowe liczby prezentowane tak, by uwydatnić dane potrzebne w danej fazie lotu.

Wymieniono też cały system komputerowy. Początkowo procesory stosowane w promach miały wydajność rzędu 1,2 MIPS (milionów operacji na sekundę). Dla porównania współczesny procesor domowego komputera ma około 8-15 tysięcy MIPS. Dzisiejsze maszyny pokładowe też nie należą do "rakiet" - pracują pod kontrolą procesorów klasy 386, które stosowane były w domowych komputerach jakieś 15-16 lat temu. Tu jednak liczy się niezawodność, a nie szybkość. Każdy prom wiezie pięć komputerów - cztery działają równocześnie, powtarzając swoją pracę, a piąty - awaryjny - ma inne, niezależnie napisane oprogramowanie, które może być użyte na wypadek fatalnego błędu w głównym softwarze.

Kolejne zmiany dotyczyły silników promu. Dziś podczas startu można usłyszeć komunikat: "Główne silniki pracują z mocą 104 procent". To nie ryzykowne przekroczenie dopuszczalnych parametrów, ale efekt zmiany, która zwiększyła ich moc o blisko 10 procent. Aby nie zmieniać oprogramowania i wszystkich procedur, pozostawiono jako punkt odniesienia pierwotną moc silników - teraz typowa moc używana przy starcie to właśnie 104 procent.

Dużą zmianę wymusiło rozpoczęcie budowy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej - standardowe śluzy promów zastąpiono specjalnymi modułami służącymi do dokowania przy stacji i zwiększającymi przestrzeń ładowni.

Wymieniano też elementy podwozia, spadochrony hamujące, hydraulikę. Kilka modyfikacji wynikało z doraźnych potrzeb. Podczas dwóch pierwszych misji główny zbiornik paliwa pomalowany był na biało, by chronić jego okładzinę przed promieniowaniem ultrafioletowym. Okazało się jednak, że taka osłona niewiele daje, waży za to ponad 270 kilogramów, więc w kolejnych misjach zrezygnowano z farby.

Jedną z najciekawszych zmian było dodanie do zewnętrznego zbiornika paliwa plastikowych figurek sów. To efekt problemów z misji oznaczonej jako STS-70, gdy dzięcioły podziurawiły osłonę zbiornika promu Discovery. Plastikowe sylwetki sów oraz baloniki w kształcie tych ptaków skutecznie odstraszały szkodniki.
Oczywiście wiele zmian wprowadzono po katastrofie Columbii. Pisaliśmy o nich w zeszłym roku w 32 numerze "Przekroju" - polegały głównie na wdrożeniu procedur pozwalających na kontrolę stanu promu przed jego powrotem na Ziemię.

Seria sukcesów, dwie tragedie

Owo ciągłe łatanie kosmicznych polonezów utrzymuje je wciąż przy życiu i daje nadzieję na podtrzymanie ślimaczącej się budowy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Tylko promy są zdolne dostarczać elementy potrzebne do rozbudowy konstrukcji, więc drugi udany lot Discovery sprawił, że nie mówi się już głośno o natychmiastowym zakończeniu programu wahadłowców. Powrócił i lada chwila zostanie zatwierdzony plan misji naprawczej do teleskopu Hubble'a, który wymaga wymiany żyroskopu, baterii i przeprowadzenia kilku drobniejszych poprawek.

Wyniesienie teleskopu w 1990 roku i jego późniejsze naprawy były jedną z największych zasług programu wahadłowców. Zwłaszcza kiedy okazało się, że teleskop przygotowany ogromnym kosztem półtora miliarda dolarów ma źle wypolerowane główne lustro. W efekcie obraz gwiazd przypominał rozmazaną chmurę zamiast ostrego punktu. Po długich przygotowaniach opracowano specjalne wersje instrumentów obserwacyjnych, do których optyki wprowadzono ten sam, choć odwrotnie skierowany błąd, co pozwoliło zniwelować zakłócenia. Niezwykle trudną misję wymiany instrumentów przeprowadziła w grudniu 1993 roku załoga promu Endeavour. Trwało to 10 dni i wymagało aż pięciu wyjść w przestrzeń. Astronauci przechwycili teleskop za pomocą ruchomego ramienia, umieścili w ładowni promu i przeprowadzili wiele złożonych napraw. Na koniec uwolnili Hubble'a i ustawili go z powrotem na właściwej orbicie.

Promy wyniosły też na orbitę teleskop Chandra pracujący w zakresie promieni rentgenowskich, sondy międzyplanetarne Magellan i Galileo, wojskowe i cywilne satelity komunikacyjne. Prowadzono na nich wiele badań naukowych - między innymi dotyczących wzrostu kryształów krzemu w warunkach mikrograwitacji oraz rozwoju roślin i zwierząt w stanie nieważkości. Dzięki temu dowiedzieliśmy się na przykład, że nieważkość stymuluje bakterie do wytwarzania antybiotyków, podnosząc efektywność tego procesu o 200 procent.

Podczas ostatniej misji Columbii na pokładzie znajdował się pojemnik z Caenorhabditis elegans - maleńkimi nicieniami, które służyły do badania organizacji komórek bez wpływu grawitacji. Pojemnik ten odnaleziono podczas poszukiwania szczątków promu - okazało się, że nicienie przeżyły katastrofę. Obserwacje z pokładu wahadłowca pozwoliły odkryć też niezwykłe strzelające w kosmos pioruny wytwarzane podczas normalnych ziemskich burz.

Jednak w ostatnich latach, po wyniesieniu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, większość eksperymentów przeniosła się na jej pokład. Loty promów ograniczyły się niemal wyłącznie do wymiany załogi stacji i dostarczania do niej materiałów, powietrza czy żywności. Katastrofa Columbii, która zatrzymała loty na dwa lata, sprawiła, że do łask wróciły klasyczne bezzałogowe rakiety, które wyniosły większość obecnie działających sond kosmicznych.

Do przemysłu kosmicznego coraz szybciej wkracza prywatny biznes, a stare i niebezpieczne maszyny są dziś zbyt drogie w eksploatacji. Mówi się jeszcze o najwyżej 17-19 misjach promów. Po 2010 roku i zakończeniu budowy stacji orbitalnej pójdą w odstawkę. Co je zastąpi? Wciąż nie wiadomo. Jedno jest pewne - epoka wahadłowców właśnie przemija.

2006-08-17 08:21:16

2