Stare i nowe stacje orbitalne. Co krąży nad naszymi głowami?

Stacja orbitalna jest w praktyce kolejnym satelitą Ziemi, wyposażonym tak, by umożliwić załodze długotrwały pobyt na orbicie. W przeciwieństwie do statków kosmicznych nie ma jednak napędu pozwalającego na dalekie loty, a jedynie niewielkie silniki, umożliwiające korektę wysokości orbity lub manewry w przestrzeni.

Pomysł, by umieścić ludzi na orbicie, nie jest nowy – wspominał o nim jeszcze w 1858 roku Edward Everett Hale w „Atlantic Monthly”. Proponowana przez niego stacja orbitalna miała być kulą o 200-metrowej średnicy, wykonaną z ceglanego muru. Wewnątrz tego kosmicznego budynku miała znajdować się jego załoga, a sama stacja miała odgrywać rolę dodatkowego punktu odniesienia, przydatnego np. podczas nawigacji na morzu. (Więcej na ten temat znajdziecie w artykule „Niezrealizowane koncepcje stacji kosmicznych”).

W kolejnych latach powstawały nieco bliższe realiom projekty - o stacji orbitalnej wspominał pionier astronautyki, Konstanty Ciołkowski, a swoje propozycje przedstawiali m.in. słoweński inżynier Herman Potočnik i niemiecki - wówczas - konstruktor rakiet, Wernher von Braun.

Od projektów do ich realizacji wiodła jednak bardzo długa droga, a rozpoczęty po drugiej wojnie światowej kosmiczny wyścig zdominowały dwa państwa. Początkowo zarówno Rosjanie, jak i Amerykanie planowali militarne wykorzystanie stacji orbitalnych. W przypadku NASA zaczęło się od sukcesów pierwszych misji programu Mercury, w ramach którego rozwijano jednoosobowe statki kosmiczne. Podjęto wówczas ambitniejsze wyzwanie i jeszcze w grudniu 1961 roku ogłoszono rozpoczęcie kolejnego programu kosmicznego o nazwie Gemini (zobaczcie udostępnione przez NASA zdjęcia z programu Gemini).

Program Gemini można uznać za poligon doświadczalny - to dzięki niemu opracowano i przetestowano większość technologii wykorzystywanych w późniejszych przedsięwzięciach, w tym. m.in. w programie Apollo. Plany związane z Gemini zakładały dokowanie na orbicie, długotrwałe misje i spacery kosmiczne, a opracowane rozwiązania miały zostać wykorzystane również w pierwszej amerykańskiej stacji orbitalnej o nazwie MOL, zbudowanej przez NASA wspólnie z Siłami Powietrznymi Stanów Zjednoczonych.

MOL, czyli Manned Orbital Laboratory (załogowe laboratorium orbitalne), miał być stacją orbitalną jednorazowego użytku, realizującą zadania przeznaczone początkowo dla wahadłowca X-20 Dynasoar (możecie o nim przeczytać w artykule  „Niezwykłe konstrukcje. Orbitalny bombowiec X-20 Dynasoar”). Dwuosobowa załoga podczas 40-dniowej misji miała zająć się obsługą sprzętu służącego do rozpoznania terenów Związku Radzieckiego, a po zakończeniu zadania wrócić na Ziemię w statku Gemini. Pomysł, choć wydawał się możliwy do zrealizowania, po kilku latach porzucono - podobne efekty zapewniały coraz doskonalsze satelity szpiegowskie.

Porzucenie rozwoju MOL-a nie zakończyło amerykańskiego zainteresowania stacjami orbitalnymi. Rozpoczęto wówczas prace nad nietypowym rozwiązaniem, jakim była stacja kosmiczna nadmuchiwana na orbicie. Jej istotną zaletą była niewielka waga, jednak przy ówczesnym poziomie technologii pomysł był dość karkołomny, choć w ostatnich latach wróciła do niego prywatna firma Bigelow Aerospace.

Kolejny koncept przedstawił m.in. Wernher von Braun, który zaprojektował dużą stację w kształcie kilku pierścieni, przypominającą tę z filmu „2001: Odyseja kosmiczna”. Podobny projekt w 1969 roku rozważała również NASA, planująca poprzez ruch wirowy wytworzyć na stacji sztuczną grawitację.

Kolejną ideą z lat 60. był kosmiczny warsztat i platforma startowa, pozwalająca na rozpoczynanie misji kosmicznych z orbity, a zatem bez konieczności pokonywania ziemskiej grawitacji i oporów atmosfery. Te pomysły, choć interesujące, miały jednak podstawową wadę - wyprzedzały aktualne możliwości techniczne. Pozostało zatem skupić się na przedsięwzięciach mniej imponujących, ale za to możliwych do zrealizowania.

Jako pierwsi sukces osiągnęli Rosjanie. Pod oficjalną i znaną powszechnie nazwą Salut rozwijano w ZSRR dwa odrębne programy: cywilny i wojskowy o nazwie Ałmaz. Wojskowa stacja kosmiczna miała pełnić funkcję podobną do amerykańskiego MOL-a, jednak miała mieć znacznie większe możliwości. W kwietniu 1971 roku Rosjanie umieścili na orbicie pierwszą w historii stację orbitalną o nazwie Salut 1, a w czerwcu tego samego roku na pokładzie statku kosmicznego Sojuz 11 dostarczyli na jej pokład pierwszą 3-osobową załogę, która przebywała na stacji przez 22 dni.

Choć zapowiadało się na technologiczny i propagandowy sukces, misja zakończyła się tragicznie - podczas powrotu na Ziemię na wysokości 170 km doszło do dekompresji spowodowanej awarią zaworu o średnicy 1 mm. Statek kosmiczny wylądował bez dalszych uszkodzeń, ale załoga była martwa. Od tamtego czasu podczas startu i lądowania załogi korzystają ze skafandrów kosmicznych.

Niezależnie od problemów programu cywilnego z powodzeniem rozwijano bojowe stacje kosmiczne Ałmaz. Pierwsza z nich okazała się wadliwa i przetrwała na orbicie zaledwie 11 dni, a dwie kolejne posłużyły do serii testów - przeprowadzono m.in. próby działka lotniczego Nudelman-Richter NR-23, z którego udało się zniszczyć satelitę.

Mimo początkowego niepowodzenia rozwijano również program cywilny. W latach 1974-1982 umieszczono na orbicie w sumie 3 stacje kosmiczne Salut, na których kolejne załogi prowadziły różne doświadczenia. W 1978 roku stację Salut 6 odwiedził polski kosmonauta Mirosław Hermaszewski.

Kolejnym etapem rozwoju programu Salut była stacja wyposażona w sześć portów cumowniczych, dzięki czemu można było ją rozbudowywać, dołączając w miarę potrzeb różne moduły. Wyniesiona na orbitę w 1986 roku, stała się modułem bazowym, na którym zbudowano słynną stację kosmiczną Mir.

Zakończenie programu lotów na Księżyc sprawiło, że NASA, dysponująca sprawdzonym w wielu misjach sprzętem, mogła zacząć finansowanie kolejnego programu. Jego celem było umieszczenie na orbicie stacji kosmicznej i przetestowanie możliwości prowadzenia długich załogowych misji w Kosmosie. Wykorzystując elementy ze statku Apollo i rakiety nośnej Saturn, udało się skonstruować dużą niemodułową stację kosmiczną.

W kwietniu 1973 roku stacja Skylab została umieszczona na orbicie. W maju tego samego roku na jej pokład weszła pierwsza załoga, która skupiła się na przywracaniu obiektu do stanu używalności - na skutek awarii temperatura wewnątrz wynosiła początkowo aż 50 stopni, jednak problem udało się usunąć.

W ciągu kolejnych miesięcy na stacji przebywały w sumie trzy 3-osobowe załogi, które przeprowadzały różne doświadczenia. Po ich zakończeniu w 1974 roku próbowano utrzymać stację na orbicie w stanie uśpienia - wyłączono wszystkie systemy, licząc na to, że wraz z rozwojem programu wahadłowców uda się na nią powrócić.

Nie udało się tego osiągnąć, a w 1979 roku stacja w niekontrolowany sposób weszła w atmosferę. Choć jej duże, nawet półtonowe fragmenty dotarły do Ziemi, obyło się bez ofiar - resztki spadły do Oceanu Indyjskiego i na niezamieszkane tereny Australii. Jedyną potwierdzoną stratą była zabita przez fragment Skylabu australijska krowa.

Po zakończeniu programu Skylab Amerykanie na długi czas stracili zainteresowanie stacjami orbitalnymi i skupili się na rozwoju programu wahadłowców. Inną drogę wybrali Rosjanie. Choć również pracowali nad własnym wahadłowcem (przeczytacie o nim w artykule „Wahadłowiec Buran. Rdzewiejące resztki radzieckiego programu promów kosmicznych”), to kontynuowali program Salut. Jego najbardziej zaawansowany moduł pojawił się na orbicie w 1986 roku.

Mimo wspólnej nazwy nie miał wiele wspólnego z pierwszą stacją orbitalną, do której mógł cumować tylko jeden statek kosmiczny. Umieszczony na orbicie moduł o nazwie DOS-7 był technologicznym przełomem. Dlaczego?

Dotychczasowe stacje kosmiczne musiały być umieszczone na orbicie podczas pojedynczej misji, co z jednej strony stawiało wysokie wymagania rakietom nośnym, a z drugiej ograniczało wymiary samej stacji. Konstruktorzy Mira wybrali inne rozwiązanie. Kluczem okazał się moduł DOS-7, który był stacją kosmiczną z pomieszczeniami mieszkalnymi załogi, sanitariatami i sprzętem komunikacyjnym. Największą innowacją była możliwość doczepiania do niego kolejnych modułów o różnym przeznaczeniu.

W 1986 roku na Mira trafiła pierwsza 3-osobowa załoga, a w kolejnych latach na stacji przebywało w sumie 96 kosmonautów. Jeden z nich, Walerij Poljakow, ustanowił rekord, przebywając na orbicie przez 679 dni. Co istotne, dzięki węzłom cumowniczym stacja była systematycznie rozbudowywana. Od 1987 do 1996 roku dołączono do niej sześć różnych modułów, w tym Shuttle Docking Module, pozwalający na dokowanie amerykańskich wahadłowców.

W końcowym stadium eksploatacji Mir ważył 135 ton i zapewniał załodze przestrzeń 350 metrów sześciennych, jednak zaangażowanie się Rosji w budowę Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oznaczało, że eksploatacja Mira dobiega końca.

Stacja, która początkowo miała przebywać w Kosmosie zaledwie 7 lat, wytrzymała ponad dwukrotnie dłużej. Liczne awarie trapiące ją w końcowym etapie eksploatacji sprawiły, że jej dalsze utrzymywanie na orbicie stawało się coraz trudniejsze i niebezpieczne dla załogi.

Podjęto wprawdzie próby komercyjnego zagospodarowania Mira, który miał przyjmować kosmicznych turystów, ale koszty okazały się zbyt wysokie. Ostatnia załoga opuściła stację w czerwcu 2000 roku, a w marcu 2001 roku w kontrolowany sposób sprowadzono Mira z orbity. Szczątki, które nie spłonęły w atmosferze, spadły do Oceanu Spokojnego.

Gdy resztki Mira spadały do oceanu, na orbicie znajdował się już jego następca. International Space Station (Międzynarodowa Stacja Kosmiczna) w przeciwieństwie do poprzedników była przedsięwzięciem w pełni międzynarodowym. Jej, wywodzący się z programu Salut, bazowy moduł o nazwie Zarja, który początkowo miał zostać użyty do zbudowania stacji Mir-2, skonstruowano w Rosji za amerykańskie pieniądze.

Umieszczono go na orbicie w 1998 roku, a w kolejnych latach dołączono do niego kilkanaście różnych modułów - teoretycznie stację można rozbudowywać w nieskończoność, a harmonogram budowy znajduje się m.in. na tej stronie.

Od 2000 roku na ISS pracuje stała załoga. Początkowo było to trzech astronautów, ale po rozbudowie stacji od 2009 roku ich liczbę zwiększono do sześciu. Co mniej więcej pół roku trzy osoby z załogi wracają na Ziemię, ich miejsce zajmują nowi astronauci. W 2010 roku załodze ISS udostępniono stałe połączenie z internetem, dzięki czemu np. kanadyjski astronauta Chris Hadfield, który przybył na stację 19 grudnia 2012 roku, mógł regularnie twittować i wrzucać do sieci przepiękne zdjęcia z orbity.

W obecnej konfiguracji ISS waży ponad 400 ton i zapewnia załodze przestrzeń ponad 800 metrów sześciennych, ale kolejne moduły mają zwiększyć kubaturę stacji do ponad 1100 metrów. ISS ma pozostać na orbicie do 2028 roku.

Własną, niezależną od międzynarodowych projektów, stację orbitalną postanowili zbudować Chińczycy, którzy we wrześniu 2011 roku umieścili na orbicie moduł Tiangong-1. Choć bez wątpienia jest to duże osiągnięcie, które słusznie wzbudziło ogromne zainteresowanie mediów na całym świecie, warto zwrócić uwagę na detale.

Pod względem koncepcji jest to bowiem powrót do lat 60. i 70. Tiangong-1 składa się z jednego modułu, dwukrotnie mniejszego od radzieckiego Saluta, do którego może dokować jeden statek kosmiczny Shenzhou, czyli chińska wersja radzieckiego statku Sojuz. Gdy zestawimy Tiangong-1, o masie 8,5 tony i kubaturze 15 metrów sześciennych, z ISS czy wcześniejszym Mirem, chińska stacja prezentuje się bardzo skromnie. Dotyczy to również stacji Tiangong-2, umieszczonej na orbicie we wrześniu 2016 roku.

Tiangong-1 i 2 to przede wszystkim laboratoria, służące do testów kosmicznych technologii. Docelową chińską stacją kosmiczną ma być stacja orbitalna Tiangong. Jej kluczowym elementem będzie moduł Tianhe, do którego w przewidywanej konfiguracji, po podłączeniu dwóch dodatkowych modułów, statku transportowego oraz załogowego statku Shenzhou, ma ważyć 60 ton i zapewniać przestrzeń dla 3-osobowej załogi. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, pierwsze elementy stacji Tiangong rozpoczną pracę około 2021 roku.

Być może już niebawem do dwóch krążących wokół Ziemi stacji orbitalnych dołączy kolejna. Tym razem nie będzie to jednak projekt realizowany przez państwowe agencje kosmiczne, ale inicjatywa firmy Bigelow Aerospace. Zgodnie z pierwotnymi założeniami stacja o nazwie Skywalker miała być kosmicznym hotelem, pozwalającym za kilkanaście milionów dolarów na urlop w Kosmosie.

Choć wizja kosmicznej turystyki dostępnej dla każdego, kto tylko dysponuje kilkunastoma milionami dolarów, przemawiała do wyobraźni, pomysłodawcy stacji kosmicznej dość szybko urealnili swój pomysł. Zgodnie z obecnymi założeniami, choć kosmiczna turystyka nadal będzie możliwa, moduły stacji kosmicznej mają być wydzierżawiane krajom, których nie stać na prowadzenie własnego programu kosmicznego, a chcą przeprowadzać na orbicie różne eksperymenty.

Stacja o nazwie Bigelow Next-Generation Commercial Space Station ma wyróżniać się nietypową konstrukcją powracającą do koncepcji z lat 60. i składać się z nadmuchiwanych na orbicie elementów. Testy tej technologii z powodzeniem przeprowadzono w 2006 i 2007 roku za pomocą modułów Genesis, będących trzykrotnie pomniejszonymi modelami docelowego modułu mieszkalnego. Co więcej, moduły o nazwie BEAM (Bigelow Expandable Activity Modules) mają zostać wykorzystane do rozbudowy ISS, a pierwszy z nich jest obecnie testowany na orbicie.

Niestety, ambitny projekt wraz z kolejnymi latami wydaje się coraz odleglejszy od realizacji. Prawdopodobnie ostateczny cios (a może pretekst?) dla Bigelow Aerospace zadała epidemia COVID-19, w czasie której firma zwolniła wszystkich swoich pracowników. Choć zapowiada ich ponowną rekrutację, na razie wydaje się to mało prawdopodobne.

Projekt Bigelow Aerospace nie jest jedyny. Mniej lub bardziej realne plany budowy stacji kosmicznych snują również inne firmy, w tym m.in. Boeing, który chce zbudować orbitalną stację paliw, zaopatrującą statki kosmiczne przed wyruszeniem w długie misje. Innym projektem jest ogłoszony przez Rosjan pomysł budowy stacji orbitującej wokół Księżyca.

Ambitne plany miała - zanim wpadła w tarapaty finansowe - również brytyjska firma Excalibur Almaz, która kupiła od Rosjan stare, bojowe moduły Ałmaz i chciała oferować urlopy na orbicie. Konkurencją dla nich może okazać się kosmiczny hotel Orbital Technologies. Co z tego wyjdzie? Na razie nie wiadomo, choć perspektywa kosmicznej turystyki wydaje się odleglejsza, niż przedstawiają ją przedstawiciele zaangażowanych w te projekty firm.

Realizacja tych koncepcji zabierze zapewne sporo czasu, ale niewykluczone, że kiedyś Kosmos zyska nieco kolorytu za sprawą kolejnego nietypowego pomysłu. Ideę budowy stacji kosmicznej przedstawił bowiem niegdyś "Playboy", który w kooperacji z Virgin Galactic ogłosił chęć budowy na orbicie nocnego klubu.

Cała akcja z perspektywy lat wydaje się raczej sprytną kampanią marketingową, niż realnymi planami kosmicznej ekspansji, to może za sprawą takich inicjatyw już niedługo słowa "nieziemska impreza" nabiorą nowego, dosłownego znaczenia?

Na następnej stronie znajdziecie galerię zdjęć z wnętrza stacji orbitalnych.