Kategorie
Kosmologia

Koszty lotów kosmicznych

W rzeczywistości od czasu zamknięcia programu Apollo w przemyśle lotniczym i kosmicznym możemy mówić już nie o stagnacji technicznej, lecz wręcz o regresie. Proszę rozważyć następujące fakty: w latach sześćdziesiątych i na początku lat siedemdziesiątych Stany Zjednoczone miały już rakiety, których nośność siedmiokrotnie przewyższała nośność jakiejkolwiek latającej obecnie maszyny: nuklearne silniki rakietowe o prędkości gazów wylotowych dwukrotnie większej, niż mają jakiekolwiek istniejące dziś silniki o dużej sile ciągu; silniki z napędem chemicznym o trzykrotnie większej sile ciągu niż jakiekolwiek z używanych obecnie; rtęciowe silniki jonowe; kosmiczne reaktory jądrowe; lekkie skafandry kosmiczne; oraz wiele innych technologii, które dziś już nie istnieją. Dziesięciolecia ograniczeń następujące po intensywnym programie Apollo miały być okresem przemyślanego postępu technicznego, który pozwoliłby zredukować koszty startu i stworzyć warunki korzystniejsze dla rozwoju przemysłu kosmicznego. Tymczasem doprowadziły one do dokładnie odwrotnego stanu. Nawet jeżeli weźmiemy poprawkę na inflację, koszty wystrzelenia rakiety w kosmos są dziś w Stanach Zjednoczonych wyższe niż w roku 1972. Fakt ten powinni wziąć pod uwagę ludzie, którzy uważają, że należy przełożyć ludzką eksplorację Księżyca czy Marsa do momentu, gdy postęp techniczny pozwoli obniżyć koszty startu.

Na wzrost kosztów podróży kosmicznych wpływa również to, że wszystkie istniejące układy startowe są przynajmniej częściowo, a najczęściej w całości, rakietami jednokrotnego użytku. Wywodzi się to z jedynego w swoim rodzaju dziedzictwa układów nośnych: spośród wszystkich znanych nam sposobów przemieszczania się, wyłącznie rakiety nośne wywodzą się w prostej linii z amunicji. Kiedy John Glenn podróżował na orbitę w 1962 roku, leciał w rakiecie klasy Atlas, będącej układem ICBM, bezpośrednio pochodzącym od niemieckiej rakiety V-2, która z kolei zastąpiła olbrzymie działa artyleryjskie o dużym zasięgu, których zwycięzcy pierwszej wojny światowej zakazali używać Niemcom.

Amunicji nie odzyskuje się po jej wystrzeleniu. A zatem kosztujący 300 milionów dolarów Tytan – rakieta stworzona w celu wystrzelenia głowic jądrowych na miasta ZSRR, wykorzystana później jako układ nośny do dostarczenia astronautów misji Gemini na orbitę, sond Viking na Marsa oraz sondy Voyager do Neptuna – może być użyta tylko raz. Zauważmy, jak kosztowny byłby dziś transport powietrzny, gdyby Boeing 747 trafiał na złom po jednym tylko starcie. A samolot ten kosztuje zaledwie 100 milionów dolarów! Gdyby przemysł kosmiczny oraz producenci podzespołów nie byli obciążeni nadmiernymi marżami, zbudowanie rakiety Tytan kosztowałoby niecałe 30 milionów dolarów (jest przecież o wiele prostsza niż Boeing 747). Ponieważ jednak nadal stosowalibyśmy silniki jednokrotnego użytku, nawet wtedy podróże kosmiczne byłyby o rzędy wielkości droższe niż jakikolwiek inny środek transportu na Ziemi.

Wydawać by się zatem mogło, iż najlepszym wyjściem byłoby stosowanie układów nośnych wielokrotnego użytku. Otóż z punktu widzenia inżynierii istnieje wiele argumentów za użyciem rakiet jednokrotnego użytku: nie wymagają urządzeń do lądowania, układu hamowania atmosferycznego ani systemu ochrony termicznej, używanej przy ponownym wchodzeniu w atmosferę. Wyeliminowanie wymienionych elementów redukuje ciężar rakiety i tym samym zwiększa jej możliwości ładunkowe. Rakiety jednokrotnego użytku ułatwiają również stosowanie układów wielostopniowych przy starcie z Ziemi, w których jedna rakieta startuje z drugiej. Procedura ta umożliwia maksymalne zwiększenie masy wynoszonego ładunku. Co więcej, układ jednokrotnego użytku jest generalnie prostszy, dzięki temu wymogi techniczne wobec podsystemów nie są aż tak wysokie. Na przykład silniki rakietowe projektuje się tak, by wystartowały i przetrwały jeden lot. Nie trzeba się kłopotać naprawami po powrocie rakiety, nie potrzebne są żadne specjalistyczne narzędzia, unika się opracowania skomplikowanych procedur naprawczych czy zatrudnienia wykwalifikowanego personelu do obsługi naziemnej. To prawda, że przy ograniczonej liczbie lotów obsłużenie manifestu ładunkowego (całości ładunków przeznaczonych do wyniesienia w przestrzeń kosmiczną) wymaga o wiele więcej rakiet jednokrotnego użytku, niż gdybyśmy stosowali pojazdy wielokrotnego użytku. Należy jednak pamiętać, że ekonomia produkcji masowej zawsze będzie sprzyjała rakietom jednokrotnego użytku, gdyż wytworzenie pojedynczego pojazdu jednokrotnego użytku, stanowiącego część linii produkcyjnej, będzie zawsze tańsze, niż produkcja kilku rakiet wielokrotnego użytku o porównywalnym udźwigu.

Na tym nie koniec. Stosowanie rakiet wielokrotnego użytku pociągnie za sobą utrzymanie personelu do obsługi naziemnej, a ludzie ci będą musieli otrzymywać wypłaty przez okrągły rok, niezależnie od tego, jak często pojazd jest wykorzystywany. Jeśli liczba startów będzie zbyt mała, suma wypłat dla personelu może w znacznym stopniu przekroczyć koszty wykonania tej samej liczby lotów kosmicznych za pomocą układów nośnych jednokrotnego użytku. W wypadku dość skomplikowanego promu kosmicznego (w tej chwili jedynego układu wielokrotnego użytku, którym dysponujemy) obsługa naziemna osiągnęła rozmiary małej armii, pochłaniającej rocznie około 5 miliardów dolarów. Toteż przy obecnej liczbie startów, zamykającej się w granicach ośmiu rocznie, wystrzelenie wahadłowca kosztuje blisko 600 milionów dolarów. Jest to ponad dwukrotnie więcej niż w wypadku dość drogiej w eksploatacji rakiety Tytan 4-Centaur, która ma zbliżony udźwig. Ale ponieważ prom kosmiczny to przede wszystkim pojazd wielokrotnego użytku, gdyby zwiększyć liczbę lotów do szesnastu rocznie, koszty jednego startu zrównałaby się z kosztami eksploatacji Tytana, a przy trzykrotnie większej liczbie lotów (dwadzieścia cztery rocznie), wahadłowiec okazałby się znacznie bardziej ekonomiczny.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.