Ostatnie lądowanie promu Atlantis. Zmierzch epoki wahadłowców

Dokładnie dziesięć lat temu do Centrum Kosmicznego im. Kennedy’ego po raz trzydziesty trzeci powrócił wahadłowiec Atlantis. Było to jego ostatnie lądowanie i równocześnie zwieńczenie całego amerykańskego programu promów kosmicznych.

Nie oszukujmy się, loty kosmiczne to ryzykowny biznes. Zawsze uważałem każdy start za ledwo kontrolowaną eksplozję.

Aaron Cohen, administrator NASA

Program wahadłowców był olbrzymim przedsięwzięciem technicznym, logistycznym, organizacyjnym i finansowym. Mało kto natomiast uznaje go obecnie za równie gigantyczny sukces i złotą kartę w dziejach NASA. Jednocześnie przesadą i niesprawiedliwością byłoby spojrzenie na temat w sposób zerojedynkowy i uznanie epoki promów kosmicznych za czas kompletnie stracony.

Przez równo trzydzieści lat, pięć zaawansowanych maszyn wykonało 135 misji (oznaczanych jako STS, Space Transportation System). Wszystko zaczęło się 12 kwietnia 1981 roku wraz ze startem promu Columbia i zakończyło 21 lipca 2011 przy okazji lądowania promu Atlantis[1]. Wahadłowce wynosiły na orbitę satelity, serwisowały urządzenia badawcze, pozwalały na prowadzenie doświadczeń naukowych, wznosiły moduły Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, a później transportowały na jej pokład astronautów.

Kawał historii NASA. Ale żeby lepiej ją zrozumieć, musimy przyjrzeć się początkom idei kosmicznych ciężarówek wielokrotnego użytku.

Albo tanio, albo dobrze

Koncept czegoś na kształt orbitalnego samolotu lub rakiety ze skrzydłami, jest niemal tak stary, jak samo marzenie o lotach pozaziemskich. Austriacki inżynier Eugen Sänger już w czasie II wojny światowej przedstawiał futurystyczne plany szybowców oraz samolotów – jak bombowiec Silbervogel (Srebrny Ptak) – zdolnych do wzniesienia się na wysokość 145 kilometrów, a więc wysoko ponad linię Kármána. Oczywiście w obliczu łomotu, jaki Niemcy zaczęli zbierać na froncie, koncepcje Sängera popadły w zapomnienie, podobnie do wielu innych nazistowskich projektów.

Projekt Silbervogel
Wizualizacja niezrealizowanego niemieckiego projektu suborbitalnego bombowca Silbervogel.

W momencie rozpoczęcia prawdziwego wyścigu kosmicznego postawiono już na inny paradygmat. Amerykanów i Sowietów interesowało jak najszybsze opracowanie metody umieszczenia na orbicie pierwszego satelity, a w razie potrzeby, nagłego uderzenia w terytorium rywala głowicą jądrową. Do osiągnięcia takich celów znacznie lepszym, prostszym i tańszym środkiem zdawała się klasyczna rakieta jednokrotnego użytku. Ogromna rura wypełniona po brzegi materiałem pędnym, wyposażona w silnik na tyle mocny, byle tylko wyrwać się z uścisku ziemskiej grawitacji. Prymitywne i skuteczne.

Jednak wyścig w końcu dobiegł końca. Program Apollo osiągnął zamierzone cele, NASA spełniła obietnicę Kennedy’ego, Sowieci dostali prztyczka w nos, a amerykańskie ego sięgnęło orbity Saturna. Kiedy więc w 1972 roku ostatni człowiek opuścił Księżyc, emocje opadły na tyle, że naukowcy oraz politycy mogli już na spokojnie zastanowić się, jak powinna wyglądać długofalowa eksploracja kosmosu. Na biurko Richarda Nixona trafiło wiele projektów, od baz księżycowych po załogowy lot na Marsa. Wszystkie fantastyczne i… horrendalnie drogie. Świeżo po zamknięciu programu Apollo, wartego według różnych szacunków od 120 do nawet 200 miliardów dolarów (już po uwzględnieniu inflacji), w czasie wciąż trwającej kosztownej wojny w Wietnamie, ani głowa państwa, ani podatnicy nie chcieli słuchać o takich pomysłach.

Właśnie wtedy Ameryka odłożyła na chwilę (długą, bo trwającą do teraz) wszystkie ambitniejsze plany, skupiając się na zagospodarowaniu niskiej orbity okołoziemskiej. Głównymi elementami nowej strategii miały być stacje kosmiczne i serwisujące je wahadłowce. Politycy przyjęli taką propozycję z zadowoleniem, ponieważ obiecano im, że zastąpienie staroświeckich rakiet wehikułami wielokrotnego użytku na dłuższą metę znacznie odciąży budżet.

W styczniu 1972 roku prezydent Nixon formalnie zaakceptował program wahadłowców, naiwnie sądząc, że jego całkowity koszt zamknie się w granicach 60 miliardów dolarów.

Najbardziej zaawansowany pojazd

Prace trwały całkiem długo. Pierwszy był prototyp pod nazwą Constitution, którego – po namowach tysięcy fanów hitowego serialu Star Trek – przemianowano na Enterprise (to się nazywa potęga fandomu!). Maszyna nigdy nie wychyliła się poza atmosferę. W ramach testów była wynoszona w powietrze na plecach potężnego Jumbo Jeta (Boeinga 747), po czym z gracją upośledzonego szybowca samodzielnie powracała na ziemię.

Pierwszy prawdziwy start nastąpił wiosną 1981 roku, kiedy na dwudniową misję STS-1 wyruszył prom kosmiczny Columbia. Nie obyło się bez awarii, wypadków i opóźnień, ale załoga w składzie John Young i Robert Crippen po 37 okrążeniach planety bezpiecznie wylądowała na pasie startowym kalifornijskiej Bazy Sił Powietrznych Edwards.

Start misji wahadłowca STS-1
STS-1, czyli pierwsza oficjalna misja promu Columbia i początek kariery wahadłowców.

Nie licząc testowego Enterprise’a, NASA skomponowała flotę w skład której wchodziło pięć maszyn: wspomniana już Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis oraz Endeavour. Konstrukcja w każdym przypadku była podobna.

Zatrzymajmy się przy tym i spróbujmy powiedzieć, czym właściwie wahadłowiec jest. Wiele osób sądzi, że to ten biały “samolot” o charakterystycznej sylwetce, przyczepiony do rakiety. W rzeczywistości wszystkie trzy elementy – orbiter (czyli ten pokraczny samolot), dwie rakiety na paliwo stałe oraz zbiornik na materiał pędny – tworzą jeden powiązany komplet wahadłowca STS.

Wahadłowiec, czyli Space Transportation System

Największym składnikiem zestawu był zbiornik ET (ang. External Tank) wypełniony paliwem ciekłym i utleniaczem, przekazywanymi podczas startu do trzech głównych silników orbitera. Wielgachna pomarańczowa beczka mierzyła 47 metrów wysokości (więcej niż 10-piętrowy blok mieszkalny) i mieściła dwie główne komory: niewielką przednią z tlenem oraz większą zawierającą zapas ciekłego wodoru. W czasie wynoszenia maszyny ponad atmosferę napęd orbitera spalał 700 ton takiego materiału w mniej niż 8 minut.

Każdy, kto siedzi na szczycie największego na świecie zbiornika wodoru i tlenu (…) i nie martwi się ani trochę, najwyraźniej nie w pełni rozumie swoją sytuację.

John Young, uczestnik misji STS-1

Jednak wspomniane trzy silniki mogłyby nie wystarczyć do oderwania takiego potwora od ziemi, dlatego w pierwszej fazie start wspomagały zawsze dwie boczne rakiety na paliwo stałe SRB (ang. Solid Rocket Booster) z własnymi silnikami. Były znacznie smuklejsze i zawierały w sobie wybuchową mieszankę aluminium oraz nadchloranu amonu w roli utleniacza. W odróżnieniu od rozdętego zbiornika ET, rakiety SRB opadały do oceanu na spadochronach i mogły służyć w wielu misjach.

Wycieczka po orbiterze

I wreszcie najważniejszy element, czyli orbiter o ikonicznych, przesuniętych ku tyłowi trójkątnych skrzydłach typu delta. 37-metrowa krzyżówka statku kosmicznego, samolotu pasażerskiego i ciężarówki – chyba słusznie nazywana najbardziej złożonym pojazdem zbudowanym przez człowieka. To w orbiterze przebywała załoga oraz mieściły się ładunki wynoszone na orbitę. On też miał za zadanie przebić się przez atmosferę i w jednym kawałku powrócić na Ziemię.

Co by nie mówić o wahadłowcach, astronauci mieli powody, aby je uwielbiać. Na tle poprzednich statków montowanych u szczytu rakiet, przedział mieszkalny promu zapewniał zdecydowanie więcej miejsca i wyższy poziom komfortu.

Wyposażono go w trzy pokłady. Pierwszy – górny – z oknami, fotelami i panelem sterowania przypominał kabinę pilota. Najobszerniejszy – środkowy – stanowił kwaterę mieszkalną, gdzie siedmioro uczestników misji spało, jadło, zażywało rozrywki i spędzało zdecydowaną większość czasu. Tu również wciśnięto najważniejszy punkt każdego statku, czyli toaletę.

Był jeszcze trzeci pokład, ale pełnił on rolę czegoś na kształt maszynowni, ciasno wypełnionej plątaniną kabli, rur i tajemniczych cudów inżynierii. Schodzono tam raczej tylko w ostateczności.

Wnętrze wahadłowca
Trzy (w praktyce dwa) hermetyzowane pokłady wahadłowca, dostępne dla załogi.

Jednak wahadłowiec w ogóle by nie powstał, gdyby nie jego funkcja towarowa. Największą część statku zajmowała ładownia o wymiarach 4,6 na 18,3 metra, która bez trudu pomieściłaby dziesięć samochodów osobowych. W odróżnieniu od przedziału mieszkalnego nie była hermetyczna, więc podczas pobytu w przestrzeni kosmicznej wejście do ładowni wymagało od załogi założenia skafandrów. Sprytnie zaprojektowana wentylacja umożliwiała zmniejszanie ciśnienia w miarę opuszczania atmosfery i zwiększanie przy powrocie na Ziemię. Cały “sufit” ładowni tworzyły potężne wrota, których otwarcie umożliwiało robotycznemu ramieniu swobodne wyciągnięcie bagażu o dowolnych gabarytach.

Ładownia promu kosmicznego Atlantis
Otwarta ładownia promu Atlantis podczas jego ostatniej misji STS-135.

Złożony, czyli awaryjny

Oglądając fotografie i czytając o tych majestatycznych maszynach, trudno się w nich nie zadurzyć. Niestety cień na niewątpliwy urok promów kosmicznych rzucają ogromne tragedie. Wypadki prześladowały projekt od samego początku. Często o tym zapominamy, ale już na miesiąc przed rozpoczęciem misji STS-1 śmierć poniosło dwóch[2] pracowników technicznych. Nieświadomi mężczyźni weszli do wypełnionego azotem przedziału silnikowego, ulegając śmiertelnemu zatruciu. Były to pierwsze zgony na terenie florydzkiego centrum kosmicznego od czasów pożaru Apollo 1.

Stanowiło to jednak dopiero preludium przed dwoma awariami, które kosztowały NASA utratę łącznie dwóch promów oraz 14 astronautów.

Pierwsza była katastrofa Challengera ze stycznia 1986 roku (STS-51). Start w stosunkowo niskiej temperaturze i związane z tym uszkodzenie gumowego pierścienia uszczelniającego jedną z rakiet na paliwo stałe (SRB) doprowadziły do eksplozji 73 sekundy od uruchomienia silników. Załoga Challengera przypuszczalnie zginęła chwilę później, gdy oddzielona od reszty orbitera kabina z impetem uderzyła o powierzchnię oceanu.

Katastrofa promu Challenger z 28 stycznia 1986 roku.

Drugi wypadek dotyczył promu Columbia (STS-107). Już podczas startu od zbiornika ET oderwał się niewielki fragment pianki poliuretanowej i uderzył w jedno ze skrzydeł, tworząc szczelinę w osłonie termicznej statku. Administratorzy NASA początkowo nie zdawali sobie sprawy, z jak poważnym uszkodzeniem mają do czynienia. Kiedy 1 lutego 2003 roku orbiter powracał z przestrzeni kosmicznej, rozpalone skrzydło nie wytrzymało, a po chwili Columbia uległa – jak to eufemistycznie ujmują inżynierowie – kompletnej dezintegracji.

Stałem na lądowisku i czekałem aż wrócą. Zegar odliczał sekundy do planowego lądowania. Nigdy tego nie zapomnę. Odliczył do zera, a Columbia nie wracała. Była więc gdzieś pomiędzy orbitą a kosmodromem, nie wiedzieliśmy gdzie. (…) Zebrałem ekipę, która miała szukać szczątków wahadłowca. To było jak z koszmaru. Orbiter waży 100 tys. kg z czego znaleźliśmy… 37 tys. Reszta zniknęła, spłonęła w atmosferze.

Mike Leinbach

Możemy się spierać, czy 14 ofiar (16 licząc techników) na 135 lotów to rzeczywiście koszmarny wynik. Faktem pozostaje, że w tym samym okresie nie zginął ani jeden pasażer Sojuza i innych statków wynoszonych przez radzieckie i rosyjskie rakiety.

Poza tym program STS miał jeszcze kilka wpadek, które tylko dzięki łutowi szczęścia nie przyniosły kolejnych tragedii. Warto przywołać choćby misję STS-93, kiedy to przetarcie kabla doprowadziło do chwilowych problemów dwóch z trzech silników Columbii. O mały włos nie doszło do utraty drogocennego ładunku – pod postacią Kosmicznego Teleskopu Chandra – i rzecz jasna, kolejnej załogi.

Wspomnienie katastrofy promu kosmicznego Columbia z lutego 2003 roku.

I wylądował

Po utracie promu Columbia nastąpiła przerwa, po której wahadłowce wróciły do ruchu jeszcze na kilka lat. Koniec przyszedł w lipcu 2011 roku, kiedy to w ramach misji STS-135 ostatni start i ostatnie lądowanie zanotował Atlantis. W momencie, gdy koła promu dotknęły pasa w Centrum Kennedy’ego nastał kres pewnej epoki. Kilka tysięcy pracowników straciło zajęcie, a trzy wciąż sprawne maszyny szybko przekształcono w eksponaty muzealne. Discovery trafił do Smithsonian Institution w Waszyngtonie, Atlantis wystawiono w Kennedy Space Center Visitor Complex, natomiast Endeavour spędza emeryturę w kalifornijskim ScienCenter.

Ostateczny koszt całego projektu sięgnął niemal 200 miliardów dolarów. Był prawdopodobnie droższy niż program księżycowy Apollo, a finalny rachunek za pięć wahadłowców trzykrotnie przewyższył założenia przedstawione Kongresowi. Dodając do tego dwie katastrofy i kilkanaście ofiar śmiertelnych werdykt mógł być tylko jeden.

Dokowanie wahadłowca
Wahadłowiec Endeavour dokuje do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w ramach misji STS-123.

Istnieje jednak też druga strona medalu. W ciągu trzech dekad promy zabrały w przestrzeń ponad 800 osób, 66 satelitów, a także kilka szczególnych ładunków, jak sondy Galileo i Magellan oraz teleskopy kosmiczne Hubble’a i Chandra. Wielu inżynierów i astronautów do dziś uważa decyzję o wycofaniu wahadłowców za błędną lub przynajmniej przedwczesną.

Myślę, że to błąd. Prom kosmiczny był i pozostaje najbardziej wydajną maszyną latającą, jaką kiedykolwiek wymyślono, zbudowano i eksploatowano. Wiele nauczyliśmy się podczas tych trzydziestu lat lotów wahadłowców i moim zdaniem nadal powinniśmy z nich korzystać.

L. Chiao, inżynier NASA

Bez względu na naszą opinię o samych wahadłowcach trudno zaprzeczyć, że NASA w istocie nie była gotowa na zmiany. Misja STS-135 okazała się jednocześnie początkiem okresu wstydu i niemocy amerykańskiej astronautyki. Oto w XXI wieku, przez długie dziewięć lat największa agencja kosmiczna świata nie posiadała technicznej możliwości samodzielnego wysłania człowieka choćby na orbitę. Tę lukę dopiero niedawno zdołała zapełnić firma SpaceX wraz ze swoimi rakietami wielokrotnego użytku i załogowym statkiem Crew Dragon.

Literatura uzupełniająca:
P. Dye, Houston Lecimy!, przeł. S. Bończyk, Warszawa 2021;
G. Brona, E. Zambrzycka, Człowiek. Istota kosmiczna, Warszawa 2019;
P. Bożyk, Ostatnie lądowanie wahadłowca, [online: pasazer.com/news/6560/ostatnie,ladowanie,wahadlowca.html];
M. Wall, How the Space Shuttle Was Born, [online: space.com/12085-nasa-space-shuttle-history-born.html];
T. Nardi, An Evening With Space Shuttle Atlantis, [online: hackaday.com/2019/06/18/an-evening-with-space-shuttle-atlantis/];
L. Chiao, We Never Should Have Mothballed the Space Shuttle, [online: blogs.scientificamerican.com/guest-blog/we-never-should-have-mothballed-the-space-shuttle/].
[+]
Terraformacja Marsa. W obliczu niemożliwego Promieniowanie kosmiczne – największy problem Marsa Nobel za topologiczne stany materii – krótko i niezbyt przejrzyście