Twoja wyszukiwarka

JACEK KRUK
ŻYCIE NA ORBICIE
Wiedza i Życie nr 7/2001
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 7/2001

Nawet załatwienie najprostszych czynności fizjologicznych w kosmosie wymaga specjalnej aparatury. Mimo to chętnych do pobytu na orbicie nie brakuje.

Ostatnia, dwudziesta ósma z kolei, załoga Mira powróciła na Ziemię 16 czerwca 2000 roku. Następna była już skompletowana, ale lot odwołano. Z kosmodromu w Bajkonurze wystartowali natomiast William Shepherd, Jurij Gidzenko i Siergiej Krikalow, którzy 2 listopada 2000 roku zameldowali się jako pierwsza załoga na pokładzie Alfy. Nie będzie więc przesady w stwierdzeniu, że Alfa kontynuuje działalność swego poprzednika. Tym bardziej że nie tylko przejęła od niego pałeczkę (i to dosłownie "w locie"!), lecz także bardzo wiele po nim odziedziczyła. Mir był wprawdzie stacją rosyjską (w pierwszych latach swej historii radziecką), ale już w połowie lat dziewięćdziesiątych uzyskał status międzynarodowy. Bawili na nim Amerykanie (łącznie czterdziestu czterech, w tym siedmiu po kilka miesięcy) oraz astronauci z Francji (sześciu), Niemiec (czterech), a ponadto po jednym z Syrii, Bułgarii, Afganistanu, Japonii, Anglii, Austrii, Kanady i Słowacji. Także aparatura naukowo-badawcza Mira pochodziła z różnych krajów, a jego dwa najpóźniej dołączone moduły - Spiektr i Priroda zostały niemal całkowicie wyposażone przez NASA.

Budowa nowej stacji kosmicznej rozpoczęła się 20 listopada 1998 roku, od wysłania na orbitę modułu nawigacyjnego Zaria. Dwa tygodnie później Amerykanie dołączyli do niego swój moduł łącznikowy Unity, po czym na orbitalnym placu budowy zapanował półtoraroczny przestój. Dopiero w lipcu 2000 roku wystartowała rakieta z rosyjskim modułem mieszkalnym Zwiezda (który przypomina zresztą główny moduł Mira). Początkowo nowa stacja oferowała astronautom około 200 m3 przestrzeni życiowej, czyli nieco mniej niż Mir po zakończeniu jego budowy. Jednak podczas pobytu pierwszej załogi stacja powiększyła się o amerykański moduł laboratoryjny Destiny, dzięki czemu jej objętość wzrosła prawie do 350 m3. Dla trzech osób jest to już zupełnie wystarczająca przestrzeń do życia i pracy. W najbliższych latach do stacji będą dołączane liczne elementy typu kratownic, manipulatorów, baterii słonecznych i otwartych platform badawczych. Dalsza rozbudowa pomieszczeń mieszkalnych i laboratoriów rozpocznie się nie wcześniej niż w 2004 roku, na który zaplanowano dołączenie dwóch modułów (japońskiego Kibo i europejskiego Columbusa) oraz zwiększenie załogi Alfy.

My i nieważkość

Najbardziej charakterystycznym czynnikiem, który oddziałuje na organizm człowieka w czasie pobytu w kosmosie, jest nieważkość. Na Ziemi grawitacja wspomaga dolną część układu krwionośnego i utrudnia pracę części górnej. Gdy ciążenie znika, krew przemieszcza się do głowy i górnych części ciała, powodując niedokrwienie nóg i obrzmienie twarzy. Zanim organizm przystosuje się do nowych warunków, astronauci odczuwają liczne dolegliwości (zawroty i bóle głowy, szum w uszach, nudności itp.). Te niemiłe objawy mijają, ale nieważkość nadal oddziałuje destrukcyjnie na organizm, powodując powolną atrofię mięśni (zwłaszcza nóg, które są w nieważkości mało przydatne) oraz osłabienie szkieletu poprzez stopniowe wypłukiwanie wapnia z kości. Skonstruowano specjalne urządzenia obniżające ciśnienie wokół dolnej części ciała, a tym samym stymulujące zwiększony napływ krwi do tych rejonów. Rosyjskie urządzenie o nazwie Czibis oraz amerykańskie LBNP (Lower Body Negative Pressure) wspomagają krwiobieg astronautów przez cały okres pobytu na orbicie, a zwłaszcza przed powrotem na Ziemię. Znacznie trudniejsze jest zapobieganie osłabieniu kości. Od wielu lat próbuje się ustalić dietę pozwalającą na uzupełnianie ubytków wapnia, ale wyniki tych prób wciąż nie są w pełni zadowalające.

Zjawisko nieważkości komplikuje niemal wszystkie czynności życiowe człowieka. O tym, że do przemieszczania się po stacji kosmicznej służą raczej ręce niż nogi, wie chyba każdy. Nie wszyscy zdają sobie jednak sprawę z tego, że na orbicie nawet oddychanie może stać się źródłem problemów. Na Ziemi gaz rzadszy od otoczenia samoczynnie wędruje do góry, zaś gaz gęstszy od otoczenia opada. Dzięki temu zjawisku, noszącemu nazwę konwekcji, gazy atmosferyczne wokół nas podlegają nieustannemu mieszaniu. Przy braku siły ciążenia konwekcja zanika, przez co astronaucie, który się nie porusza, grozi uduszenie wydychanym przezeń dwutlenkiem węgla. Na stacji orbitalnej muszą więc bez przerwy pracować wentylatory, co czasem bywa przyczyną problemów. W pierwszych dniach eksploatacji Alfy okazało się, iż natężenie szumu wentylatorów Zarii przekracza obowiązującą w USA normę hałasu dla pomieszczeń biurowych. Dopóki ich nie wyciszono, zgodnie z zaleceniem NASA Amerykanie używali zatyczek do uszu.

Zagrożenie dla normalnego procesu oddychania stanowią także unoszące się w powietrzu pyły, okruszki i wszelkie drobne przedmioty. Na szczęście, dzięki stałemu wymuszonemu ruchowi powietrza większość z nich gromadzi się na filtrach wentylatorów. Czyszczenie filtrów i staranne odkurzanie pomieszczeń jest więc na stacji nie tylko wymogiem higieny i estetyki, ale wręcz bezpieczeństwa astronautów.

Nawet najlepsze filtry i wentylatory nie pomogą jednak, gdy dwutlenku węgla jest zbyt dużo. Jego nadmiar jest pochłaniany, zaś tlen uzupełnia się zapasami przywiezionymi z Ziemi. Można go też wytwarzać na miejscu poprzez elektrolizę wody lub termiczny rozkład chloranu sodu. Ten ostatni proces bywa niebezpieczny ( lutym 1997 roku stał się przyczyną pożaru na stacji Mir).

Dzień jak co dzień

Typowy dzień roboczy na stacji rozpoczyna się pobudką o godzinie 7:00 naszego czasu letniego. Pierwsze godziny załoga poświęca na higienę osobistą, śniadanie i przegląd poczty elektronicznej, która napłynęła w ciągu "nocy" (pojęcia dnia i nocy są na stacji orbitalnej całkowicie umowne: Alfa okrąża Ziemię w ciągu 92 minut i średnio przez połowę tego czasu jest oświetlona przez Słońce, a przez drugą połowę pogrążona w cieniu Ziemi). Następnie załoga przystępuje do szczegółowo zaplanowanych prac, które obecnie związane są z rozbudową stacji i testowaniem znajdujących się na niej urządzeń. Każdy astronauta musi także znaleźć godzinę czasu na ćwiczenia fizyczne przed południem i godzinę po południu. W porze południowej przewidziana jest przerwa obiadowa. Dzień roboczy kończy się wczesnym popołudniem; zazwyczaj załoga konsultuje wtedy z kontrolerami lotu program prac na następny dzień. Wolny czas astronauci spędzają na oglądaniu Ziemi, czytaniu książek, słuchaniu muzyki, korespondencji elektronicznej itp.

Łączność ze stacją jest utrzymywana za pośrednictwem rosyjskich i amerykańskich stacji naziemnych, a także satelitów geostacjonarnych typu Łucz oraz amerykańskich TDRS umieszczonych na orbicie dla obsługi lotów wahadłowców. Na sen przewidziano 8-9 godzin. Tydzień roboczy obejmuje 5 dni, weekendy astronauci mają wolne. Jest to jednak tylko teoria, w praktyce załogi często skarżą się na przeciążenie obowiązkami. Druga załoga Alfy pracowała w kwietniu non stop przez 20 dni, gdy jeden po drugim przybyły wahadłowiec Endeavour i statek Sojuz TM-32.

W kuchni, łazience i sypialni

Potrawy i napoje dla załóg stacji kosmicznej są specjalnie przygotowywane na Ziemi. Większość potraw przechodzi proces odwodnienia (liofilizacji), co zapewnia przydatność do spożycia nawet po 6 miesiącach przechowywania w temperaturze pokojowej. W rzeczywistości świeże zapasy dostarczane są znacznie częściej (rosyjskimi statkami towarowymi Progress M1 oraz amerykańskimi wahadłowcami przy okazji misji montażowych). Ponadto w module Zwiezda astronauci mają do dyspozycji lodówkę i zamrażarkę.

Konstruktorzy toalety i łazienki musieli uwzględnić kaprysy cieczy w stanie nieważkości. Na Alfie te pomieszczenia znajdują się w rosyjskim module Zwiezda, ale urządzono je w oparciu o doświadczenia zebrane zarówno na amerykańskich wahadłowcach, jak i rosyjskich stacjach orbitalnych. W kosmosie nie ma mowy o kąpielach w wannie: astronautom musi wystarczyć prysznic. Na co dzień do utrzymania higieny osobistej używane są jednorazowe ręczniki nasączone płynem odkażającym.

Do rangi dużego problemu urasta pozbywanie się odchodów. Zapełnione nimi zbiorniki wędrują do ładowni statku Progress, który po odczepieniu od stacji zostaje skierowany w górne warstwy atmosfery, gdzie ulega całkowitemu spaleniu. Ze stacji nie usuwa się moczu, jest on wraz ze zużytą wodą poddawany procesowi utylizacji. Odzyskana woda nie nadaje się jednak do spożycia i wykorzystuje się ją do wytwarzania tlenu w procesie elektrolizy.

Stosunkowo najmniej kłopotów w kosmosie przysparza spanie: astronauci po prostu wsuwają się do śpiworów, które są przytwierdzone do ścian w kajutach. Należy tylko pamiętać, by schować ręce do śpiwora lub jakoś je przytroczyć do ciała, gdyż pozostawione swobodnie mają tendencję do unoszenia się i uderzania o wszystko, co znajduje się w ich zasięgu. Kajuty stwarzają członkom załogi niezbędne minimum intymności, ale podczas długotrwałych lotów to minimum nie zawsze wystarcza. Szukający odosobnienia astronauci mogą więc przenosić śpiwory do dowolnego modułu i tam organizować sobie "sypialnię".

Jak to wytrzymać?

Największy problem związany z życiem na stacji orbitalnej nie wynika jednak z nieważkości, lecz z przebywania astronautów w niewielkiej, zamkniętej przestrzeni. W każdej izolowanej przez dłuższy czas grupie ludzi konflikty interpersonalne są po prostu nieuniknione. Z problemem tym borykają się nie tylko projektanci stacji orbitalnej, ale również baz antarktycznych, platform wiertniczych czy okrętów podwodnych. Na stacji orbitalnej załogi są wielonarodowościowe, co utrudnia wzajemne kontakty. Doświadczenia zebrane podczas długotrwałych pobytów Amerykanów na Mirze wskazują jednak, że wielonarodowość załóg nierzadko ułatwia współżycie i rozładowuje konflikty. Obecnie załogi stacji są dobierane w taki sposób, by dowódca pochodził z innego państwa niż pozostali dwaj członkowie załogi, zaś kolejnymi misjami dowodzą na przemian Amerykanie i Rosjanie. Ponadto stacją zawiadują dwa ośrodki kontroli lotu: rosyjski (który znajduje się w mieście Korolow pod Moskwą i staje się ośrodkiem nadrzędnym, gdy misją dowodzi Rosjanin) oraz amerykański (znajdujący się w Houston i będący ośrodkiem nadrzędnym, gdy misją dowodzi Amerykanin).

W razie awarii

Po zakończeniu budowy stacji na orbicie mają pracować załogi siedmioosobowe: po trzech Rosjan i Amerykanów oraz przedstawiciel jednego z pozostałych krajów uczestniczących w projekcie. Nie wiadomo jednak, czy te zamiary uda się zrealizować, ponieważ budowa awaryjnego statku dla tak licznej załogi jest poważnie opóźniona. Statek awaryjny, który jest "kosmiczną szalupą ratunkową", musi nieustannie dyżurować przy stacji. Konieczność szybkiego sprowadzenia astronautów na Ziemię może być spowodowana chorobą członka załogi lub poważną awarią na pokładzie, np. pożarem lub utratą hermetyczności. Do tej ostatniej może dojść wskutek awarii wewnętrznej. Niewykluczone są też zderzenia stacji z meteorytami i błądzącymi fragmentami innych statków kosmicznych. Wysyłanie statku awaryjnego z Ziemi nie wchodzi w grę, nie można bowiem go nieustannie utrzymywać na wyrzutni w gotowości do lotu, a przygotowania do startu zajmują wiele tygodni. Obecnie przy stacji dyżuruje rosyjski statek Sojuz, który może w każdej chwili zabrać całą trzyosobową załogę na Ziemię. Ponieważ systemy Sojuza mają tylko sześciomiesięczną gwarancję, co pół roku musi on być wymieniany na nowy. Stwarza to okazję do przeprowadzania krótkich misji wizytujących. Na przełomie kwietnia i maja br. podczas takiej właśnie wymiany stację odwiedził pierwszy w historii "kosmiczny turysta". Był nim kalifornijski multimilioner Dennis Tito, który za tę wycieczkę zapłacił Rosjanom 20 mln dolarów. Z następnej okazji skorzysta francuska astronautka Claudie Andre-Deshays. Pod koniec 2005 roku Sojuzy miały być zastąpione siedmioosobowym amerykańskim statkiem CRV (Crew Return Vehicle), w którego budowę zaangażowały się też kraje Europy Zachodniej. Jego prototyp o nazwie X-38 został już nawet poddany testom atmosferycznym, lecz nie zyskał uznania w oczach nowej administracji amerykańskiej, która wstrzymała finansowanie dalszych prac. Przy Alfie będą zatem prawdopodobnie dyżurowały dwa rosyjskie Sojuzy, a załogi stacji nie będą liczyły więcej niż sześć osób.

Kosmiczne laboratorium

Zadania naukowo-badawcze, które stoją przed załogą stacji orbitalnej, niezmiennie dotyczą trzech dziedzin: medycyny, biologii i technologii. Tak było w przypadku pierwszej w historii stacji kosmicznej Salut (ramka "30 lat doświadczeń" na s. 22) i tak jest na Alfie. Wykonywane niegdyś na stacjach orbitalnych prace wywiadowcze oraz badania astrofizyczne są obecnie wyłączone z programu lotów załogowych. Pierwsze miejsce na liście problemów badawczych Alfy zajmuje bez wątpienia medycyna kosmiczna. Odpowiedź na pytanie, w jaki sposób organizm człowieka reaguje na warunki lotu kosmicznego (przede wszystkim na nieważkość), ma podstawowe znaczenie dla przyszłości astronautyki. Od tego, czy nauczymy się zapobiegać negatywnym skutkom długiego przebywania w nieważkości, zależy bowiem dalsza eksploracja kosmosu przez człowieka. Podobną rolę odgrywają badania biologiczne: obserwacja roślin i zwierząt poddanych warunkom środowiska kosmicznego pozwoli lepiej poznać ich procesy życiowe, a także umożliwi ich wykorzystanie do zaspokajania potrzeb ludzkich kolonii w kosmosie. O ile biologia i medycyna kosmiczna służą przede wszystkim samej astronautyce, o tyle badania technologiczne zaspokajają "czysto ziemskie" potrzeby człowieka. Otrzymane w nieważkości stopy metali oraz kryształy charakteryzują się własnościami, których nie można uzyskać bez "wyłączenia" grawitacji. Otwiera to nowe możliwości dla mikroelektroniki, przemysłu farmaceutycznego oraz technologii materiałowych.

Niemało jest jednak sceptyków, którzy uważają, że eksperymenty naukowe na stacji orbitalnej to zwykłe zawracanie głowy. Jej najzagorzalsi przeciwnicy twierdzą wręcz, że są one tylko pretekstem usprawiedliwiającym ogromne koszty ponoszone przez kraje zaangażowane w budowę i eksploatację stacji. Ich zdaniem, orbitalna budowla służy głównie samej sobie. Na obecnym etapie jest to zresztą zgodne z prawdą: przebywający dotychczas na Alfie astronauci zajmowali się przede wszystkim instalowaniem, uruchamianiem i testowaniem różnych systemów wewnętrznych stacji. Jednak przybycie Destiny, a w przyszłości laboratoriów japońskiego i europejskiego, powinno zmienić tę sytuację.

Co dalej?

Po początkowych opóźnieniach stacja Alfa rozpoczęła działalność, a jej rozbudowa przebiega pomyślnie. Trudno jednak dziś przesądzać, czy kiedykolwiek uzyska taką postać, jaką przewidywał projekt podpisany przez rządy 16 państw zaangażowanych w to gigantyczne przedsięwzięcie (ramka "Największy projekt w dziejach astronautyki"). Przyszłość pokaże, czy mieli rację sceptycy uważający Alfę za kosmiczną "sztukę dla sztuki", z której nie będzie praktycznie żadnego pożytku, czy też entuzjaści, dla których jest ona początkiem kolonizacji kosmosu.

30 lat doświadczeń

Pierwsza stacja kosmiczna została wysłana na orbitę przez Rosjan w kwietniu 1971 roku. Nosiła nazwę Salut i działała przez kilka miesięcy. W następnych latach Rosjanie wprowadzili na orbitę jeszcze sześć obiektów tej serii, stopniowo je modernizując i wydłużając czas ich funkcjonowania. Największym rosyjskim osiągnięciem była jednak wielomodułowa stacja Mir, która działała przez 15 lat (1986-2001). Amerykańskie dokonania w tej dziedzinie są znacznie skromniejsze, gdyż obejmują działalność tylko jednej stacji Skylab, umieszczonej na orbicie w 1973 roku i eksploatowanej do roku 1974. Równie cenne doświadczenia przyniosły jednak loty konstruowanych przez NASA i Europejską Agencję Kosmiczną ESA laboratoriów Spacelab (później Spacehab), które instalowano na wahadłowcach. Ich misje różniły się od działalności stacji orbitalnej tylko krótszym czasem trwania, ograniczonymi możliwościami wahadłowca - do 18 dni.

Alfa, ISS czy MKS?

Spór o nazwę stacji ma bogatą historię i do dziś nie został ostatecznie rozstrzygnięty. Kiedy w 1993 roku wiceprezydent USA Albert Gore i premier Rosji Wiktor Czernomyrdin podpisywali porozumienie o wspólnej budowie stacji, otrzymała ona nazwę "Alpha" ("Alfa"), która już wówczas nie budziła entuzjazmu Rosjan. Pierwsza litera greckiego alfabetu mogła sugerować, że chodzi o pierwszą stację kosmiczną - a gdzie całe pokolenia Salutów, a gdzie Mir?

"Alfa" przetrwała jednak aż 3 lata i powstało nawet logo stacji opatrzone dwujęzycznym napisem (rosyjski napis był błędny - brakowało w nim miękkiego znaku). Zapewne to nie ów błąd zadecydował o ostatecznym odrzuceniu przez Rosjan pierwotnej nazwy, ale mógł być kroplą przepełniającą kielich. W 1996 roku w USA stację zaczęto nazywać International Space Station (ISS), zaś w Rosji - Mieżdunarodnaja Kosmiczeskaja Stancija (MKS). W oficjalnych dokumentach obie strony do dziś używają tych nazw, które jednak zupełnie nie odpowiadają dziennikarzom. W mediach powrócono więc do krótkiej "Alfy". Podobnie postąpiła załoga stacji, zwracając się do dyrektora NASA o zezwolenie na używanie pierwotnej nazwy. Dyrekcja takiej zgody udzieliła na czas trwania pierwszej misji. "Alfa" pozostaje więc nazwą prowizoryczną.

Największy projekt w dziejach astronautyki

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna jest wspólnym przedsięwzięciem USA, Rosji, Kanady, Japonii, Brazylii i jedenastu państw należących do Europejskiej Agencji Kosmicznej ESA. Jej budowa została rozpoczęta w 1998 roku i potrwa co najmniej do roku 2006. Prace montażowe wymagają 46 lotów amerykańskich wahadłowców i rosyjskich rakiet jednorazowych oraz 184 wyjść astronautów w otwartą przestrzeń kosmiczną (dla porównania ciągu ostatnich 35 lat astronauci dokonali 198 wyjść, z których 102 przypadły w udziale Amerykanom, a 96 Rosjanom). Koszt budowy oraz piętnastoletniej eksploatacji szacowany jest na co najmniej kilkadziesiąt miliardów dolarów. Stacja ma mieć 108.5 m długości, 88.4 m szerokości i masę 450 t, dzięki czemu stanie się najjaśniejszym obiektem nocnego nieba po Księżycu i Wenus. Poruszając się po orbicie o nachyleniu 51° do równika, będzie od czasu do czasu przelatywała także nad Polską. Bieżące informacje o Alfie można znaleźć pod adresem http://spaceflight.nasa.gov/station/, zaś mapkę z jej aktualną pozycją - pod adresem http://liftoff.msfc.nasa.gov/temp/StationLoc.html

Mgr JACEK KRUK jest pracownikiem Akademii Pedagogicznej w Krakowie i autorem licznych artykułów popularnonaukowych.