Rubieże naszej cywilizacji zawsze kryły bogactwa, możliwości i tajemnice. Symbolem ich podboju był Dziki Zachód, opanowany przez gorączkę złota i ropy. Dziś nowym American frontier jest Księżyc i powstająca ekonosfera cislunarna. To tam rozpocznie się pogoń ludzkości za bogactwami kosmosu.
Ale jak to, Księżyc? Przecież tam nikogo i nic nie ma… Poza tym już tam wylądowaliśmy!
Program Apollo, dzięki któremu w 1969 roku człowiek pierwszy raz stanął na Księżycu, był olbrzymim, ale krótkotrwałym sukcesem. Choć już wówczas kwestie stałej obecności na Srebrnym Globie, dzięki wykorzystaniu lokalnych zasobów, były rozważane w środowisku nauki i techniki kosmicznej. Można się o tym przekonać, sięgając po artykuły między innymi Kraffta Ehricke (niemieckiego inżyniera rakietowego, który po II wojnie światowej pracował m.in. dla amerykańskiej armii; Księżyc nazywał „siódmym kontynentem” Ziemi – red.). Industrializacja naszego naturalnego satelity została jednak zawieszona wraz z zakończeniem wyścigu kosmicznego. Z powodów komercyjnych ludzkość skupiła się na zagospodarowaniu naszej najbliższej kosmicznej okolicy – orbit okołoziemskich – gdzie obecnie prawie 3000 aktywnych satelitów zapewnia nam telekomunikację, Internet, nawigację, zobrazowania i wiele istotnych danych na temat naszej teraźniejszości i przyszłości na Ziemi. Po 50 latach od lądowania Apollo 11 idea wykorzystania zasobów kosmicznych powróciła jednak w wielkim stylu – wraz z programem ponownego wysłania człowieka na Księżyc przez NASA, czyli Artemida i olbrzymią konkurencją kosmiczną między światem Wschodu i Zachodu.
Nowe rakiety i kosmiczne stacje benzynowe
Obecny przemysł kosmiczny jest w zupełnie innym miejscu niż w latach 60. i 70. ubiegłego wieku. Jest doświadczony naukowymi i komercyjnymi misjami kosmicznymi, a także w wielu przypadkach dojrzały do tego stopnia, że dzięki finansowaniu prywatnego sektora i jego większej zdolności do podejmowania ryzyka, jest w stanie realizować ambitne projekty. Świetnym przykładem na to są sukcesy takich firm jak SpaceX, Blue Origin czy Virgin Galactic, a także – w szerszym kontekście – rozbudowana baza europejskich czy amerykańskich kontraktorów agencji kosmicznych.
Najważniejszą zmianą wobec ery Apollo jest jednak pierwsze ogniwo zrównoważonego rozwoju w kosmosie, czyli stworzenie rakiet wielokrotnego użytku. Rozwój Falconów i Starshipów, rakiet nośnych należących do SpaceX Elona Muska, otworzyło możliwość stałego wykorzystywania statków analogicznych do holenderskich fuilt, które napędzały transport między Starym Kontynentem a podbitymi terenami w czasach wczesnego kolonializmu. To właśnie fuilty woziły do Ameryki osadników i wracały do Europy z dobrami kolonii – złotem, tytoniem czy rumem.
Rakiety są jedynym dostępnym sposobem ucieczki z Ziemi. Potężne statki wznoszące się w kosmos są de facto wielkimi zbiornikami z paliwem (90% masy rakiety to paliwo) z dołączonym niewielkim ładunkiem w postaci sondy bezzałogowej lub statku załogowego. Dzieję się tak przez olbrzymią pułapkę grawitacyjną, jaką tworzy nasza planeta, nawet biorąc pod uwagę najbardziej efektywnie zaprojektowane konstrukcje, silniki czy etapy wynoszenia. O ile struktura rakiety może być obecnie kilkukrotnie wykorzystywana do lotów kosmicznych, jak to pokazuje SpaceX, to paliwo zawsze będzie materiałem całkowicie traconym. Dlatego, podobnie jak w transporcie ziemskim, potrzebujemy portów, stacji benzynowych i węzłów przesiadkowych. Nad podobną infrastrukturą – drugim i kluczowym ogniwem zrównoważonego rozwoju w kosmosie – obecnie pracujemy.
Kosmiczna infrastruktura krytyczna tak, jak analogiczna infrastruktura na Ziemi, jest systemem zarówno ekonomicznym, jak i strategicznym. Łączy wcześniej niepołączone obszary, stwarzając nowe możliwości dla biznesu, ale również dla politycznych rozgrywek i projekcji siły. O ile na te ostatnie sektor kosmiczny, zdominowany przez naukowców i inżynierów, z pewnością przez wiele lat nie pozwoli, to potencjał ekonomiczny otwiera oczy na nowy rozdział ludzkości w kosmosie, jej permanentną obecność na innych ciałach niebieskich oraz ambitniejszą eksplorację. Wszystko dzięki obniżonym wymaganiom technicznym systemów eksploracyjnych oraz mniejszemu ryzyku takich operacji.
Paliwo z księżycowej wody
Ta kluczowa infrastruktura oparta będzie na dostawach bardzo podstawowego zasobu, dostępnego między innymi na Księżycu. W 2009 roku w Permanentnie Zacienionych Regionach Księżyca potwierdzono występowanie znacznych ilości wody. Podobnie jak w wielu innych miejscach Układu Słonecznego ma ona formę lodu, najczęściej zmieszanego z warstwą pyłów i skał planetarnych. Ta informacja zelektryzowała społeczność naukową i umożliwiła intensyfikację eksploracji Srebrnego Globu. Tylko w ciągu najbliższych kilku lat w kierunku Księżyca wyleci około 20 misji badawczych i demonstracyjnych, z czego spora część poszukiwać będzie wody. Gorączka wody właśnie się zaczyna i już bardzo mocno przypomina gorączkę złota z amerykańskich rubieży. Woda jest bowiem ropą naftową kosmosu. Utworzenie niedawno przez Stany Zjednoczone Sił Kosmicznych, jedynego na świecie takiego rodzaju sił zbrojnych, zaczyna nabierać sensu.
Złoto w Górach Skalistych było powszechne na tyle, że pierwsi osadnicy wykorzystywali płukanie kruszca w strumieniach i rzekach (tzw. panning). Podobne „proste metody” będziemy wykorzystywać podczas pierwszych wydobyć wody na Księżycu. Lód w Permanentnie Zacienionych Regionach istnieje dzięki unikalnej sytuacji orbitalnej (Księżyc jest praktycznie nienachylony do płaszczyzny ekliptyki). To powoduje, że dna polarnych kraterów są często niedostępne dla światła słonecznego przez miliardy lat, natomiast szczyty tych kraterów są niemal zawsze oświetlone (nawet przez 93% czasu roku). Najbardziej obiecującą technologią umożliwiającą nam pozyskanie i wykorzystanie wody jest więc górnictwo cieplne. Jest ono oparte na odbijaniu i skupianiu światła słonecznego poprzez system luster i optyki ze szczytów na dna zacienionych kraterów. Ogrzewanie tych depozytów powoduje powstawanie pary wodnej, która, jeżeli zostanie złapana w odpowiedni sposób, może zostać elektrolizowana do tlenu i wodoru – podstawowego paliwa rakietowego. Ale i bez przetwarzania jest najbardziej niezbędnym zasobem dla obecności człowieka w kosmosie. W końcu życie, jakie znamy, jest oparte wyłącznie na wodzie.
To dlatego przyczółki ludzkości w kosmosie zaczniemy budować właśnie w regionach polarnych Księżyca, w pobliżu występowania depozytów wody. Takie plany dotyczą zarówno Artemis Base Camp (amerykańskiej bazy programu Artemida), jak i chińsko-rosyjskiej bazy księżycowej. Europejska Agencja Kosmiczna, której jesteśmy częścią, w badaniach księżycowych współpracuje przede wszystkim z programem amerykańskim. Dlatego istotne elementy statku załogowego Orion, a także orbitalnej stacji załogowej Lunar Gateway, budowane są w Europie. Zaś Europejski Duży Lądownik Logistyczny (EL3) będzie pod koniec lat 20. tego wieku serwisować program Artemida. Europejska misja ISRU-DM będzie również pierwszą misją w historii ludzkości, w której zademonstrujemy pozyskanie i magazynowanie wody na Księżycu. Jej start planowany jest na 2025 rok.
Najpierw Księżyc, potem Mars i asteroidy
Dostawy dziesiątek ton paliwa pochodzenia księżycowego na orbity okołoziemskie umożliwiać będą naprawę nieaktywnych już satelitów, dotankowywanie istniejących, a także wsparcie większych misji do dalszych części Układu Słonecznego. Ich celem będzie między innymi Mars i pas planetoid, gdzie zakładać będziemy kolejne przyczółki zrównoważonej obecności ludzi poza Ziemią. Bazy na powierzchni Czerwonej Planety są logicznym krokiem w kierunku kolonizacji naszego Układu oraz ochrony planetarnej. Mars jest planetą najbardziej zbliżoną do naszej planety macierzystej, zarówno pod względem obecnych parametrów, jak i dynamicznej ewolucji. Zapewnia nam miejsce, w którym kopia zapasowa naszego gatunku, plan B, może się pewnie rozwijać.
Z kolei pas planetoid bogaty jest w to, czego zaczyna nam brakować na Ziemi. Chodzi przede wszystkim o metale ziem rzadkich oraz drogocenne. Zarówno obniżające się koszty transportu kosmicznego, jak i zwiększające się koszty tych rzadkich materiałów, indukować będą mniej konwencjonalne metody ich pozyskiwania. Dzisiaj kolej przyszła (niestety) na Grenlandię, jednak wraz z rozwojem krytycznej infrastruktury kosmicznej, sektor górniczy przeniesie się na asteroidy Psyche i inne obiekty klasy M (bogate w metale). Przeniesienie branży tak intensywnej ekologicznie i energetycznie poza Ziemię jest zresztą olbrzymią zaletą dla środowiska i celem górnictwa kosmicznego.
Gdzie w tym całym planie jest Polska? Na razie polski sektor kosmiczny inkubuje się dzięki naszej obecności w Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA, ang. European Space Agency). Od 2014 roku pokazujemy naszym europejskim partnerom, że jesteśmy w stanie tworzyć specjalistyczne i niezawodne instrumenty i podsystemy wykorzystywane w wielu misjach kosmicznych, zarówno tych orbitalnych, jak i planetarnych. To czas, aby pozycjonować się w sektorze zasobów kosmicznych, ponieważ właśnie ta nisza pozwoli wejść naszej branży kosmicznej stopień wyżej poprzez rozwoju systemów. W końcu górnictwo mamy we krwi. Istnieją polskie podmioty, które wykonywały już urządzenia do zdalnych lub planetarnych badań geologicznych.
Z pewnością zwiększenie polskiej składki członkowskiej w ESA oraz udział naszego kraju w programach opcjonalnych ułatwi dalsze prace. Dzisiaj Polska przeznacza rocznie na Europejską Agencję Kosmiczną równowartość €1 na mieszkańca naszego kraju (39 mln euro). Luksemburg, w którym zlokalizowano niedawno Europejskie Centrum Innowacji Zasobów Kosmicznych (ESRIC), przeznacza na składkę członkowską 47 mln euro, czyli €75 na osobę rocznie.
Wszystkie znaki na niebie i ziemi wskazują na to, że w ciągu najbliższej dekady wydobędziemy pierwsze zasoby wody na Księżycu. Dobrze byłoby dostać premię za pierwszeństwo w takiej rozgrywce. Polska branża kosmiczna z pewnością podejmie się tego wyzwania, ale niezależnie od niej coraz więcej firm i osób będzie wsiadało do tego pociągu.
