*Tekst u okviru rubrike „Popularna nauka sa Milanom M. Ćirkovićem“ je prvi deo tematske celine „SpaceX, Blue Origin, NASA i renesansa svemirske industrije“
Dragon kapsula kompanije SpaceX je uspešno odvela ljude na Međunarodnu svemirsku stanicu i bezbedno ih vratila na Zemlju, prvi put u istoriji u privatnoj režiji.
Da li je konačno kucnuo čas da se preraste kolevka? Aludiram, naravno, na poznati citat i retoričko pitanje velikog ruskog inženjera, filozofa i vizionara Konstantina Ciolkovskog koji se obično navodi kao: Zemlja je kolevka razuma – ali ko još želi da čitav život provede u kolevci? Iako je svemirska era otpočela pre više od 60 godina, njena dinamika bila je vrlo neujednačena – naročito ako smo zainteresovani prevashodno za letove sa ljudskom posadom. Nakon okončanja programa Apolo sredinom 1970-tih godina, kosmički program se uglavnom sveo na orbitalne stanice kakve su bile „Saljut“, „Mir“ i aktuelna Međunarodna svemirska stanica. Ove stanice zahtevale su lansirne sisteme koji su ih opsluživali, poput nepouzdanog Nasinon šatla, i pouzdanijeg, ali neambicioznog i stagnirajućeg Sojuza. Čak i sovjetska/ruska verzija šatla, Buran, penzionisana je nakon svega dva leta, a evropska svemirska agencija (Esa) nije ni pokušavala da se uključi u ove programe, zadovoljavajući se lansiranjem satelita i bespilotnih modula svojim čuvenim sistemom Ariane. Nakon što je Nasa okončala program letova šatla 2011, situacija sa letovima sa ljudskom posadom delovala je skoro beznadežno tokom većeg dela 2010-tih. To se, međutim, u prethodnoj godini dramatično promenilo.
Prisustvujemo velikoj renesansi svemirske industrije i većem interesovanju za svemirske letove, naročito one – bar potencijalno – sa ljudskom posadom, koji su jako dugo bili u drugom planu. To se odnosi kako na državne, tako i na privatne aktere, što je velika novost, pošto je u prvoj polovini veka svemirska industrija – uprkos mnogim privatnim podizvođačima – bila gotovo isključivo državna stvar, u rukama bilo nacionalnih (Nasa, Roskosmos, JAXA, itd.) bilo nadnacionalnih (ESA) agencija. Ovo je složena tema o kojoj ćemo govoriti i u daljim tekstovima. Ovde ću samo da pokušam da predstavim neke od glavnih igrača na ovom polju i ukratko rezimiram najnovija dešavanja. U ovom tekstu će se raditi samo o segmentu kosmičke industrije koji se odnosi na lansirne sisteme na jednoj, i perspektive leta sa ljudskom posadom na drugoj strani. U nekoj od narednih prilika biće reći i o istraživačkom segmentu koji se bavi robotizovanim sondama, što je veoma velika i složena tema koja se ne može efikasno kondenzovati. Odmah treba napomenuti da će potonja tema biti naročito aktuelizovana kroz nekoliko nedelja, obzirom da u februaru 2021. čak tri robotske sonde treba da stignu do Marsa, uključujući prvu iz jedne arapske zemlje (UAE) i prvi minijaturni helikopter koji treba da poleti u razređenoj Marsovoj atmosferi.
(Radi potpune otvorenosti: autor je pre dosta godina napisao veoma kritičan tekst o Nasi i njenom hladnoratovskom, državističkom i nacionalističkom nasleđu, te zapanjujućoj neefikasnosti kada je kosmički program sa ljudskom posadom u pitanju. U međuvremenu, neki stidljivi koraci u dobrom pravcu jesu učinjeni, što će biti pomenuto u daljem tekstu, ali to je još uvek jako nesigurno i neizvesno. U svakom slučaju, treba da bude predmet javne diskusije i kritike.)
SpaceX – privatni igrač koji je obeležio godinu za nama
Počnimo sa igračem koji je u najvećoj meri obeležio godinu za nama, a to je kompanija SpaceX. Njihova Dragon kapsula je uspešno odvela ljude na Međunarodnu svemirsku stanicu i bezbedno ih vratila na Zemlju, prvi put u istoriji u privatnoj režiji. Ovo lansiranje bacilo je u senku druga postignuća kompanije Ilona Maska koja su takođe pionirska i bez presedana. Njihov sistem ponovno iskoristivih raketa se u isto vreme pokazao kao potpuno održiv: videli smo 26 lansiranja rakete Falcon 9 tokom 2020. godine – i sva su bila uspešna! Da, to je u proseku tačno jedno lansiranje svake 2 nedelje, tokom godine opterećene korona krizom i drugim problemima. Time je Falcon 9 u ovoj godini nadmašio i psihološki značajan međaš od 100 uspešnih lansiranja. Naravno, kapsula Dragon lansirana je pojačanom verzijom, Falcon Heavy, koja – ako dobro razumemo Maskove tvitove – lagano odlazi u preranu penziju, pošto će biti zamenjena nečim daleko boljim, o čemu više za sekund. (Naravno, ovime se ne negira značajno učešće Nase u finansiranju aktivnosti SpaceX-a, naročito u ranom periodu i kroz konkretne projekte. Naprotiv, u pitanju je model privatno-javnog partnerstva koji služi za ugled, posebno kad se uzmu u obzir podsmešljivi skepticizam, pa i cinizam, sa kojim je originalno dočekan.)
Pre toga: najčudesnije od svega jeste što je firma postigla zavidan broj ponovnih korišćenja i značajno skratila vreme koje je neophodno da se raketa nakon upotrebe pripremi za ponovni let. Dve pomoćne rakete (booster-a) korišćene tokom 2020. godine su doživele čak sedmo (!) svoje lansiranje i bezbedan povratak na ponovno korišćenje. Ovo se može činiti kao ništa posebno, obzirom na prastara obećanja – uglavnom, doduše, od strane Nase i drugih državnih agencija, što nije bez značaja – da će let do orbite i natrag „vrlo brzo“ postati rutinski poput komercijalnog vazdušnog saobraćaja; a u potonjem su letelice, kao što dobro znamo, ponovo iskoristive više desetina hiljada puta. Da bismo postignuće SpaceX-a stavili u pravi kontekst, međutim, neophodno je razumeti da je ponovno korišćenje booster-a prvi put uspelo 15. decembra 2015, dakle pre svega 5 godina, a do tada se u mnogim astronautičkim krugovima smatralo nemogućim. Da je sličan tempo postignut u razvoju komercijalne avijacije, prve putničke avione imali bismo sredinom 1920-tih godina, a ne sredinom 1950-tih, kao što je bio slučaj u realnosti. Ponovno korišćenje raketa već je dovelo do značajnog pada cena satelita i druge svemirske tehnologije, a jasno je da će se taj trend nastaviti i u novoj godini – u kojoj je SpaceX već uspešno lansirao turski komunikacioni satelit Turksat 5A (7. januara 2021.) i još jednu seriju Starlink satelita (20. januara 2021.)! Drugo lansiranje je koristilo jedan booster po osmi put – koji se uspešno spustio na baržu na Atlantiku po veoma jakom vetru i visokim talasima, gotovo u olujnim uslovima. Što se, takođe, do skoro smatralo nemogućim i izazivalo smeh pri samoj pomisli…
Zvezdobrod – najznačajnija inovacija u astronautici
Sve rečeno je samo uvod u glavnu priču vezanu za SpaceX, o kojoj će tek biti reči, a to je – naravno! – Zvezdobrod. Ranije poznat pod tipično maskovskom ironičnom skraćenicom BFR (od Big Falcon Rocket), Zvezdobrod (engl. Starship) predstavlja potpuno novi lansirni sistem i potencijalno najznačajniju inovaciju u astronautici od doba fon Brauna i Koroljeva. Ključna tehnička inovacija je korišćenje novog motora – Raptor je prvi funkcionalni raketni motor u kojem se koristi tzv. puni zatvoreni ciklus, tj. sve gorivo i sav oksidant prolaze kroz stadijum pre-sagorevanja tokom kojeg pokreću turbine koje služe kako za pokretanje pumpi, tako i za održavanje visokog pritiska i druge energetski zahtevne procese u vozilu. Ovo se dešava pre nego što i gorivo i oksidant dođu u glavnu raketnu komoru u kojoj se obavlja najveći deo hemijske reakcije. Međutim, zahvaljujući pre-sagorevanju, gorivo u glavnoj komori sagoreva do preko 99%, što je apsolutno najviša efikasnost ikada postignuta i praktično maksimum koji se može izvući iz bilo kog hemijskog pogona. Pored potencijalno najvišeg specifičnog impulsa, dodatna prednost ovako visoke efikasnosti jeste što ostavlja najmanje „čađi“ koja oštećuje komore, mlaznice i druge delove raketnih motora, a koja je najvećim delom sastavljena od nesagorelog raketnog goriva (samim tim, proizvodi najmanje atmosferska zagađenja, mada su rakete generalno izuzetno mali zagađivači). Naravno, najveći problem koji je sprečavao raniji razvoj ovakvog motora jesu izuzetno visoka temperatura i pritisak koji raniji materijali jednostavno nisu mogli da izdrže čak ni za jednokratnu upotrebu. Danas je korišćenje novih materijala apsolutno ključni sastojak – ne samo za motore – i Raptor se za sad pokazao pouzdan u statičkim testovima, kao i u nekoliko kratkih probnih letova. Proba SN8 izvršena početkom decembra 2020. je bila naročito impresivna, obzirom ne samo da je Zvezdobrod dosegao visinu od 13 km, već je i izvršeno uspešno gašenje i ponovno paljenje motora. Ovo je oduvek jedna od najriskantnijih operacija u raketnoj tehnici, koja se tradicionalno izbegavala kadgod je to bilo moguće. Primera radi, džinovski F-1 motori koji su pokretali raketu Saturn-5 i tako bili okosnica programa Apolo, nisu nikada gašeni, a kamoli restartovani u letu. Tokom testa SN8 izveden je i niz manevara Zvezdobroda u atmosferskom letu koji su takođe pionirski sa bilo kojom letelicom na raketni pogon.
Tehnologija koja će odvesti ljude na Mars
Međutim, to je samo početak inovativnosti vezanih za Zvezdobrod. Jedna od onih sa kojom su se neupućeni posmatrači najviše šalili jeste odluka da se čitav sistem napravi od nerđajućeg čelika, umesto aluminijuma (kao što su bili tradicionalni moduli, npr. Sojuz i Apolo) ili od karbonskih vlakana (slično Boingovom 787 Dreamliner-u ili popularnoj raketi Electron koju proizvodi novozelandska firma Rocket Lab). SpaceX je navodno, na samom početku projekta, nameravao da koristi karbonska vlakna, ali se od toga odustalo nakon par godina analiza i testova. „Čelični silos“ kako su komentatori krstili prve prototipove Zvezdobroda dok su sastavljani u lagano rastućem kompleksu Maskovog novog kosmodroma u Boka Čiki, u Teksasu, delovao je mnogima kao suviše težak i nepraktičan za let. Međutim, skopčan sa ogromnom snagom Raptor motora, nerđajući čelik – a naročito njegova verzija koju je SpaceX patentirao i čuva kao poslovnu tajnu – predstavlja odličan izbor, jer može da izdrži ogromne temperature prilikom višestrukog povratka kroz atmosferu Zemlje, a jednog dana i Marsa, bez značajnijih deformacija ili potrebe za strukturnim popravkama. Takođe, ukoliko popravke budu bile potrebne, njih u slučaju čelične konstrukcije može učiniti bilo koji dobro obučeni varilac, dok su za adekvatne popravke aluminijumskih, a naročito karbonskih konstrukcija potrebne remontne hale, specijalni materijali, i vrlo specijalizovani i ne-mobilni timovi. Ovo je, naravno, ključno u svetlu višestruko proklamovane poente celog programa Zvezdobroda – višestrukih letova ljudi na Mars. Drugi razlog za korišćenje čelika jeste jako visoki unutrašnji pritisak koji vlada u brojnim delovima Zvezdobroda i ide do 350 bara, te zahteva veću strukturnu otpornost nego dosadašnje letelice.
Potpuna otvorenost ka publici
Još jedna novina kod SpaceX-a, koja ovu kompaniju čini drastično različitom od konkurenata, uključujući i Nasu i druge privatne firme, jeste gotovo totalna transparentnost i otvorenost prema publici. Kosmodrom u Boka Čiki je neprekidno, 24-satno pokriven web-kamerama koje sav sadržaj direktno prenose na youtube-u, gde postoje na desetine kanala posvećenih tumačenjima različitih aktivnosti koje se na kosmodromu odvijaju u bilo kom trenutku. Pored „zvaničnih“ kanala i redovnih konferencija za štampu i izveštaja o napredovanju, te Maskovih saopštenja na društvenim mrežama, pojavila se već solidna grupa entuzijasta i fanova koja prati i diskutuje sve novosti i najmanje detalje, poput statičkih testova motora i drugih redovnih aktivnosti. Ovaj medijski bum je samo odraz šireg buma svemirske industrije koji se uočava poslednjih godina i koji je potpuno različit od situacije koja je vladala, recimo, u hladnoratovsko doba, čije ostatke na ovom polju je poželjno što temeljnije eliminisati.
(nastaviće se)
*Stavovi izraženi u kolumnama predstavljaju isključivo lične stavove autora, a ne stavove uredništva Talasa.