Wahadłowiec Atlantis

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/].
[+]
Total
55
Shares