Księżyc kryje cenne zasoby. Gordon Wasilewski, kosmiczny górnik: Musimy go zdobyć jak najszybciej

Zanim przestaniemy wydobywać węgiel pod ziemią, górnictwo może pojawić się w kosmosie. Pierwszy cel: Księżyc i jego zasoby lodu wodnego. - Księżycowe górnictwo lodu będzie górnictwem cieplnym - wyjaśnia Gordon Wasilewski, inżynier, który prowadzi badania naukowe z tym związane. Będzie wyglądać zupełnie inaczej niż "ziemskie" górnictwo, ale chodzi, przynajmniej na początku, o to samo: pozyskanie surowca niezbędnego w transporcie znacznie dalej niż do naszego satelity.

Maria Mazurek, Next.gazeta.pl: Zajmuje się pan między innymi kosmicznym górnictwem, a w tym temacie ostatnio sporo się dzieje. Na Księżycu kończy się właśnie chińska misja Chang'e 5, ważna i dość przełomowa. Chińczycy pobrali próbki księżycowych skał i pyłu, by przewieźć je na Ziemię, ostatni raz taki transport odbył się kilkadziesiąt lat temu. Co sprawia, że ta misja jest wyjątkowa?

Gordon Wasilewski, Astronika*: Misja Chang'e 5 wpisuje się w ogólny trend rozwojowy misji kosmicznych: skupienie się na badaniach księżycowych z długotrwałym celem, którym jest budowa bazy badawczej lub przemysłowej na powierzchni Księżyca. Takie myślenie widoczne jest także w około 20 misjach planowanych na najbliższych 10 lat, zarówno robotycznych, jak i być może już dwóch-trzech załogowych w ramach amerykańskiego programu Artemida. Wszystkie te misje mają wspólne mianowniki: testowanie technologii wydobywczych lub wiertniczych, poszukiwanie zasobów, wykorzystywanie różnych instrumentów do potwierdzenia kompozycji regolitu księżycowego [luźnej skały pokrywającej powierzchnię satelity Ziemi - red.] lub lodów znajdujących się tuż przy powierzchni Księżyca, w jego zacienionych regionach. Misje te poszerzają naszą wiedzę na temat tych miejsc, dzięki nim będziemy mogli obmyślić lepsze technologie, jak pobierać te zasoby i jak je lepiej przetwarzać oraz jak przygotować się na ryzyka z tym związane.

NASA zaprezentowała zespół Artemis. Jego członkowie polecą na KsiężycRosja planuje poszukiwania minerałów na Księżycu, użyje holownika jądrowego

Z drugiej strony, lądowanie robotyczne wcale nie jest proste. Mogłoby się wydawać, że skoro już lądowaliśmy kiedyś na Księżycu z misją załogową, to teraz powinno to przechodzić już bez żadnego echa. Przykłady prób Indii i Izraela pokazują, że sukces nie jest tu oczywisty. Chiny pokazały, że mają kompetencje do wykonywania tego typu lądowań, teraz zobaczymy, jak poradzą sobie Stany Zjednoczone. NASA w przyszłym roku chce uruchomić pierwszą misję w ramach programu CLPS [Commercial Lunar Payload Services - red.] - to komercyjny program eksploracji Księżyca, dzięki któremu NASA chce wysyłać małe lądowniki i łaziki na naszego satelitę. Tutaj może warto podkreślić, że Amerykanie od lat nie lądowali na powierzchni Księżyca. Wysyłali wiele orbiterów, ale ostatnie lądowanie robotyczne na powierzchni było dawno temu.

Po co lądować na Księżycu tak w ogóle? Już tam byliśmy, a mamy ambicje, by latać znacznie dalej.

Intensyfikacja badań księżycowych rozpoczęła się po 2009 roku, kiedy potwierdzono występowanie lodu wodnego na biegunach Księżyca. To była informacja, która dała potencjał do zmiany przemysłu kosmicznego oraz tego, w jaki sposób patrzymy na eksplorację kosmosu. Powstają już rakiety wielokrotnego użytku, które można będzie dotankować i wysłać w inne miejsca. Jak pokazuje przykład firmy SpaceX Elona Muska, to znacznie obniża koszty i znacznie zwiększa możliwości. Odkrycie lodu i możliwość zagospodarowania tego zasobu w niedalekiej mam nadzieję przyszłości sprawiają, że wszystkie misje będą wyglądać zupełnie inaczej, będą mogły być cięższe, a także będą mogły być wysyłane dalej, przy znacznym obniżeniu kosztów.

Księżyc jest na wyciągnięcie ręki i są na nim zasoby, które wydaje nam się, że wiemy, w jaki sposób jesteśmy w stanie zagospodarować. Jeżeli je zagospodarujemy, powstanie zupełnie inny przemysł kosmiczny, tańszy i lepszy. A do tego dochodzą wszystkie poboczne kwestie, które mogą być indukowane przez ten przemysł, czyli wszystko to, co zwykle dzieje się na rubieżach dużych odkryć. Co to dokładnie będzie - ciężko przewidzieć, ale na pewno powstanie jakiś nowy biznes, nowe usługi i nowe produkty, które będą w stu procentach pochodzenia kosmicznego.

Wróćmy jeszcze do zasobów księżycowych. Co dokładnie możemy z nimi zrobić?

W przypadku lodu wodnego - bo na Księżycu występują też inne rodzaje lodu - ostatecznym i głównym, przynajmniej na początku, produktem będzie paliwo rakietowe. Jest na nie ogromne zapotrzebowanie, a będzie jeszcze większe, jeśli obniżymy koszty lotów w kosmos i zaplanujemy więcej misji.

Wydaje nam się, że wiemy, w jaki sposób pozyskiwać ten lód, choć jeszcze trwają trwają prace technologiczne czy też badania naukowe. Takie, które na przykład ja prowadzę i które pokazują, w jaki sposób ten proces mógłby przebiegać. Zakładamy, że to księżycowe górnictwo lodu będzie górnictwem cieplnym, polegającym na wykorzystaniu światła słonecznego i skupianiu go poprzez lustra na dnie kraterów. W swoich niedawnych badaniach nad architekturą górnictwa cieplnego wykazuję, że proces jest całkiem skomplikowany i problematyczny. Nie zmienia to faktu, że jesteśmy w stanie już teraz przewidzieć jego przebieg, a także rozwijać podsystemy w tej architekturze, które zwiększą efektywność procesu. Dzięki rozważaniom naukowym jesteśmy w stanie również przewidywać, jakich efektów ekonomicznych możemy się spodziewać. Musimy to pokazywać jak najwcześniej, żeby zwiększyć pewność inwestorów - czy to agencji kosmicznych i państw, czy też prywatnych - że to jest solidny biznes.

Zobacz wideo Gordon Wasilewski, kosmiczny górnik: Najpierw musimy sięgnąć po lód wodny, by produkować paliwo rakietowe

Astronika wysłała już sprzęt "górniczy" na Marsa w ramach misji NASA kilka lat temu. To słynny Kret, który miał przez dłuższy czas poważne kłopoty. Jak mu teraz idzie?

Nasz Kret przeszedł jak dotąd ciekawą i niezwykłą drogę, napotkał wiele trudności. Wynikały one z tego, że nikt nie spodziewał się istnienia takiego ośrodka, na który nasz instrument trafił - że wierzchnia warstwa Marsa będzie aż tak gruba, że Kret nie będzie mógł się oprzeć na ścianie otworu, że grunt będzie nieskonsolidowany i krawędzie otworu będą się osypywać. Nie wiedzieliśmy tego, bo jak dotąd najgłębiej wiercono na Marsie na 10 cm, także testy, które przeprowadzaliśmy na Ziemi, nie wskazywały, że trafimy na takie problemy. Ale każda, nawet taka niefortunna sytuacja w kosmosie jest istotna z punktu widzenia naukowego, wiele się dowiedzieliśmy na temat tego, jak radzić sobie w przyszłości.

Przez ostatnie półtora roku podjęto szereg prac naprawczych - to były bardzo dosłownie łopatologiczne prace, bo Kret był dociskany łopatą. To bardzo niecodzienne w kosmosie, choć wydaje się błahe. Instrumenty, które wysyłamy, projektujemy na bardzo określony zakres prac. Nie projektowaliśmy Kreta na to, by jego struktura była dociskana łopatą, ale mimo wszystko to przeżył. Teraz wiemy, że cały się już zagłębił, co jest dobrą wiadomością.

Mars, sonda InSight z zagłębionym w marsjańskim gruncie Kretem.Mars, sonda InSight z zagłębionym w marsjańskim gruncie Kretem. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Na początku przyszłego roku z Ziemi zostaną wysłane do niego kolejne komendy sekwencji młotkowania, a monitoring procesu pozwoli nam stwierdzić, czy Kret zagłębi się na odpowiednią głębokość. To, z czego jako Astronika jesteśmy bardzo zadowoleni, to to, że mechanizm młotkowania i cała struktura są nienaruszone i działają, jak należy. Nie jesteśmy zadowoleni z tego, że Mars stawia taki opór, ale to jest sytuacja nieprzewidywalna.

Teraz Astronika szykuje się na kolejną misję, jeszcze dalej, bo aż na Jowisza, a dokładnie w jego bliskie okolice. To duża misja Europejskiej Agencji Kosmicznej pod nazwą JUICE - JUpiter ICy moons Explorer, czyli badające lodowe księżyce Jowisza. Jaki sprzęt tam wysyłacie?

Sonda, którą wysyła ESA, na pokładzie będzie mieć 11 instrumentów, w tym nasz. My budujemy tak naprawdę zestaw instrumentów, w konsorcjum ze szwedzkim Instytutem Fizyki Plazmy w Uppsali, Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk oraz japońskim Tohoku University. Jeden z naszych przyrządów to LP-PWI [Langmuir Probe - Plasma Wave Instrument - red.] , instrument plazmowy, który bada potencjał i parametry plazmy w systemie Jowisza.

Instrument LP-PWI stworzony przez Astronikę do misji JUICE.Instrument LP-PWI stworzony przez Astronikę do misji JUICE. Fot. Materiały prasowe firmy Astronika

Sama misja celuje przede wszystkim w trzy lodowe księżyce: Ganimedesa, Kalisto i Europę. Są one bardzo atrakcyjne z punktu widzenia badań kosmicznych, dlatego że pod grubą lodową powłoką kryją ciekłą wodę - w formie oceanów albo dużych zbiorników. To z kolei mogą być miejsca, w których albo istnieje, albo istniało wcześniej życie. Misja JUICE poszuka wskazówek, które pomogą stwierdzić, czy to życie mogło się tam kiedykolwiek rozwinąć. Nasz instrument jest komplementarny z innymi biorącymi udział w misji, jesteśmy więc w stanie wspólnie szukać wskaźników i ograniczników dotyczących struktury wewnętrznej lodowych księżyców Jowisza. To nie będzie misja połączona z lądowaniem, sonda ograniczy się do pozostania na orbicie. W ramach pakietu instrumentów naszego konsorcjum dostarczamy także rozkładane anteny - system ten ma nazwę RWI [Radio Wave Instrument - red.] - i mierzyć będzie trzy komponenty pola elektrycznego w paśmie wysokiej częstotliwości.

Oba rodzaje mechanizmów to produkty, w których się specjalizujemy, czyli takie, które są lekkie, a w fazie transportu także bardzo małe i kompaktowe, natomiast w miejscu, w którym są wykorzystywane, rozkładają się do sporych rozmiarów.

O tym, czy misja JUICE zakończy się sukcesem, dowiemy się za wiele lat.

Tak, sonda startuje w 2022 roku, a na Jowisza będzie lecieć siedem i pół roku, wykorzystując asysty grawitacyjne Wenus, Marsa i Ziemi. W związku z tym środowiska, przez które będzie przelatywać, są bardzo różne. Instrumenty trzeba przygotować na bardzo wysokie temperatury wokół Wenus, ale też bardzo niskie temperatury, jakich spodziewamy się w cieniu Jowisza. To wyzwanie inżynierskie - by przetrwały start i przelot, trzeba odpowiednio dobrać materiały i konstrukcję. Wysięgniki sond Langmuira muszą to wytrzymać i my musimy zagwarantować, że po tych latach się otworzą - jesteśmy pewni, że wszystko zadziała, jak należy. Po siedmiu i pół latach podróży misja będzie działać jeszcze przez trzy lata, a pierwszych jej efektów możemy się spodziewać w 2029 roku.

Czy realne jest, by mniej więcej w tym samym czasie, czyli pod koniec obecnej dekady, na Księżycu istniała już baza? Amerykanie wciąż zapowiadają ją na 2030 rok, a pierwsze załogowe loty mają przeprowadzić w 2024 roku, choć tutaj pojawiają się już pewne sugestie, że data ta może zostać przesunięta.

Amerykańska baza wciąż jest możliwa, choć jeśli chodzi o początek misji załogowych, rok 2024 był terminem ambitnym. Warto jednak takie terminy sobie zawsze zakładać, bo to zdecydowanie zmobilizowało administrację, między innymi do tego, żeby poprosić Kongres o więcej pieniędzy oraz do tego, by w ogóle powstał program CLPS. Teraz pytanie, co zrobi nowa administracja. Bo to, co jest zawsze problematyczne w NASA, to że przy zmianie prezydenta zmienia się też zarząd tej organizacji. Obecny jej szef Jim Brindestine już ogłosił, że odejdzie, bo jako republikanin nie będzie w stanie współpracować z administracją demokraty. Jeżeli wizja priorytetów amerykańskiej agencji kosmicznej się zmieni, księżycowa baza w tej dekadzie raczej nie powstanie. Brak stabilnej wizji to jest ciągły zarzut stawiany wobec NASA.

NASA zaprezentowała zespół Artemis. Jego członkowie polecą na KsiężycNASA zaprezentowała zespół Artemis. Jego członkowie polecą na Księżyc

Przyszły prezydent Stanów Zjednoczonych Joe Biden jest mocno nastawiony na walkę z kryzysem klimatycznym, zapewne zwiększy więc środki przewidziane na działania NASA w tym zakresie.

Tak może się zdarzyć, a jednocześnie nastawienie na obserwacje Ziemi i badania klimatu na niskiej orbicie ziemskiej mogą wykluczyć inne plany.

Bazę na Księżycu chcą też budować Chińczycy.

Chińska baza planowana jest dopiero na kolejną dekadę. Pojawiają się też coraz częściej głosy, że Chiny chcą się otworzyć na międzynarodową współpracę, co jest bardzo dobrą wiadomością.

To objaw odchodzenia od rywalizacji mocarstw w kosmosie?

Zdecydowanie widać zmianę, w dobrym kierunku. Coraz częściej chiński program kosmiczny lub ESA wychodzą z inicjatywami współpracy między sobą, coraz częściej Chińczycy kontraktują europejskiej firmy do budowy jakiegoś systemu. Już wcześniej, nieśmiało, ale jednak, współpracowaliśmy z chińskim programem kosmicznym, na przykład Centrum Badań Kosmicznych PAN wysłało anteny w ramach programu Chang'e 4, ale coraz częściej słyszy się o poszerzaniu takiej współpracy. Być może to jakiś element gry ze strony Pekinu, tego nie wiem, ale jest to ruch w dobrą stronę. Atrakcyjny dla europejskich podmiotów, jednak warto pamiętać, że prawo USA nie pozwala amerykańskim firmom na taką współpracę przy zaawansowanych technologiach wojskowych, jakimi są wszelkie technologie rakietowe i kosmiczne. W każdym razie, współpraca międzynarodowa zdecydowanie przyspieszy pracę wszystkich, zwiększy kompetencje szybciej i szybciej zmniejszy ryzyka.

Jakie jeszcze plany ma Astronika na najbliższy czas?

Specjalizujemy się w technologiach kompaktowych, precyzyjnych, lekkich. Jest na nie stałe zapotrzebowanie na rynku małych i średnich satelitów. Pracujemy więc teraz nad zestawem produktów standaryzowanych. Posiadanie takiej oferty zapewnia stałe źródło przychodu, jesteśmy wtedy spokojniejsi, możemy częściej zaryzykować z trudniejszymi projektami.

Taką bardziej skomplikowaną technologią, którą właśnie rozwijamy w ramach kontraktu z ESA, jest robot Galago. To robot skaczący, poszukiwawczy. Daje możliwość dotarcia do trudno dostępnych regionów w przeciwieństwie do zwykle wykorzystywanych na Księżycu czy Marsie łazików poruszających się na kołach lub gąsienicach. Galago to lekka platforma badawcza, daje możliwość przetransportowania około 10 kilogramów sprzętu w miejsce prowadzenia badania i powrotu do stacji, gdzie może się doładować. W związku z tym, że program księżycowy jest teraz intensywniej rozwijany, wiemy, że będzie zapotrzebowanie na tego typu pojazd. Galago jest dedykowany skakaniu na Księżycu.

Czy zainteresowanie eksploracją kosmosu przesunęło się z Marsa na rejon znacznie bliżej Ziemi, na Księżyc?

Chyba tak właśnie jest. Wydawało się, że o Księżycu już wszystko wiemy, tymczasem okazało się, że wcale tak nie jest. Księżyc jest wciąż niezwykle trudny w okiełznaniu, świat naukowy i inżynierski skupia się właśnie na nim. Dochodzą nowe możliwości, na przykład postawienia tam teleskopu, dzięki czemu dużo więcej moglibyśmy dowiedzieć się o wszechświecie - bez zakłóceń z Ziemi.

Mars był zawsze atrakcyjny z perspektywy kolonizacji, ale okazało się, że rozsądniej byłoby najpierw zapewnić sobie możliwość dotankowania statków na orbicie okołoziemskiej czy księżycowej. Musimy zdobyć Księżyc jak najszybciej.

*Gordon Wasilewski - inżynier spółki Astronika specjalizującej się w systemach technologii kosmicznych. W firmie pracuje w dziale Rozwoju Biznesu, gdzie pozyskiwane i rozwijane są nowe projekty. Absolwent Akademii Górniczo-Hutniczej. Prowadzi badania naukowe związane z górnictwem pokładów lodu na Księżycu i doktoryzuje się w Centrum Badań Kosmicznych PAN we współpracy z Colorado School of Mines.

Więcej o: