Písanie o budúcnosti kozmonautiky má proti iným témam seriálu Svet 2038 tú výhodu, že ju všetci máme v živej pamäti. Videli sme ju tento týždeň, keď sa do vesmíru prvýkrát dostala raketa Falcon Heavy, píše Technet.
Raketové nosiče spoločnosti SpaceX totiž dokonale stelesňujú ten najdôležitejší trend, ktorý v nasledujúcich rokoch uvidíme: znižovanie ceny. Lietanie do vesmíru o 20 rokov nebude zásadne iné ako dnes, ale odhadujeme, že bude výrazne lacnejšie. Dosť možno ale nie o toľko lacnejšie, koľko optimisti predpokladajú.
Výrazné zlacňovanie už totiž zažívame dnes. Na konci 20. storočia sa za kilogram nákladu dopraveného na nízku obežnú dráhu (LEO) platilo podľa odhadov okolo dvadsať tisíc dolárov (zďaleka nie všetky ceny sú verejné, takže ide o odhad). V roku 2015 to bolo v priemere okolo piatich tisíc dolárov za kilogram.
Na prvý pohľad sa môže zdať, že premiérový štart Falcon Heavy znamená ďalší radikálny pokles. S Falconom Heavy je nákladová cena dopravy kilogramu nákladu na nízku obežnú dráhu okolo 1 500 dolárov (plus 90 miliónov dolárov za raketu s nosnosťou cca 60 ton na LEO).
Viacnásobné použitie najdrahšej časti rakety, teda prvého stupňa, ktorý predstavuje zhruba 70 percent jej celkovej ceny, by potom malo túto cenu ešte znížiť, hoci za súčasného zníženia nosnej kapacity až na 30 ton užitočného zaťaženia. Je totiž nutné počítať s pohonnými hmotami pre návrat všetkých troch dielov prvého stupňa.
Asi vás však neprekvapí, že v praxi ceny neklesnú zo dňa na deň (koniec koncov firma SpaceX by bola sama proti sebe). Dokladá to rozpočet prvého plateného letu Falconu Heavy, ktorým bude misia STP-2 (Space Test Program-2), ktorého zadávateľom je americká vláda, konkrétne jej vojenské letectvo.
V prípade, že všetko pôjde podľa plánu, a raketa dopraví včas všetok náklad tam, kam má, americké vojenské letectvo zaplatí SpaceX takmer dvojnásobok zatiaľ bežne uvádzanej ceny Falconu Heavy. Presne to bude 160,9 milióna dolárov. Dôvodov je niekoľko.
Tým prvým sú drahé a sústavné kontroly. Zadávateľ letu vyžaduje neustále preverovanie, ktoré navyše musia vykonávať iné subjekty ako samotný SpaceX. Letectvo tak bude mať neustálu kontrolu nad tým, ako prípravy prebiehajú, aké by mohli byť potenciálne problémy atp., A to samozrejme od (drahých) externých alebo i vlastných odborníkov, ktoré musí samo zaplatiť.
Druhou príčinou je zložitosť samotného letu. Väčšina letov už dnes (a v budúcnosti asi ešte vo väčšej miere, o tom aj ďalej) má pomerne komplikovaný program. Pozrime sa na chystaný vojenský let STP-2, ktorý je dobrou ukážkou vecí budúcich: Falcon Heavy počas neho má vyniesť do vesmíru viac než dve desiatky satelitov, od experimentálnych modulov pre skúšky nových satelitných technológií až napríklad po malú slnečnú plachtu LightSail 2.
Pre všetky časti sa musia nielen nájsť v nákladovom priestore miesto, ale samozrejme tiež zabezpečiť, aby sa nepoškodili a všetky vypustili v správnu chvíľu. Čo je o to komplikovanejšie, že družica skončí v troch rôzne veľkých skupinách na troch rôznych obežných dráhach.
Pod 1 000 dolárov za kilogram?
Druhý stupeň Falcone musí najprv vypustiť 12 družíc na nízkej obežnej dráhe Zeme, potom sa presunúť na vyššiu, kruhovú dráhu s výškou približne 720 kilometrov nad Zemou, kde vypustí 11 ďalších kusov nákladu (vrátane šiestich identických satelitov COSMIC-2 pre predpovedanie počasia a spomínané slnečné plachty), a potom sa musí ďalším zážihom dostať na ešte vyššiu eliptickú dráhu (cca 12-tisíc na šesť tisíc kilometrov), kde vypustí vojenský demonštračný satelit DSX. Potom musí ešte SpaceX vojakom dokázať, že druhý stupeň dokážu znovu zapáliť aj po niekoľkých hodinách, najmenej troch, ideálne piatich. SpaceX tak musí venovať mimoriadne množstvo času príprave schémy letu (a doslova programovaniu rakety) - a ešte oveľa viac času potom kontrolám a overovaniu. A to nie je vôbec lacné.
Podobné komplikované vesmírne tance budú v nadchádzajúcom dvadsaťročí nepochybne ešte bežnejšie ako dnes. Málokto asi proste chce dostať na obežnú dráhu 60-tonové závažia a raketu tak úplne vyťažiť. Väčšina záujemcov bude požadovať dopravu podstatne menšieho nákladu. Vo výsledku potom možno zaplatí za kilogram oveľa viac, než naznačuje jednoduchá trojčlenka, pretože dopravcovi taká zákazka prináša laikom ťažko predstaviteľné komplikácie.
Napriek tomu môžeme byť optimistami. Možno z nás ešte nevyprchalo nadšenie nad úspechom Falconu Heavy, ale myslíme si, že trend zlacňovanie bude pokračovať. Nominálne nepôjde samozrejme o taký výrazný pokles ako v posledných 20 rokoch, ale je pomerne pravdepodobné, že sa podarí ceny znížiť pod tisíc dolárov za kilogram.
Kde ušetríme?
Dôvodov ďalšieho zlacňovania bude zrejme niekoľko. Začnime pri "chudnutí" samotných nosičov. Užitočné zaťaženie rakety tvorí iba pár percent hmotnosti celého nosiča, niekde okolo troch, štyroch percent aj za tých najpriaznivejších okolností.
Každé malé zníženie štartovej hmotnosti stroja napríklad využitím nových materiálov, znamená dramatické zvýšenie jeho nosnosti a teda aj ekonomickej návratnosti. Presne to sa tiež v posledných rokoch deje, hoci zvonka to na nosičoch nie je príliš vidieť.
A pretože materiálove vedy dnes vďaka vývoju napríklad v počítačovom modelovaní prežívajú "boom", možno predpokladať, že sa nezastavia. Ak sa navyše podarí z celkovej hmotnosti nosičov ubrať jediné percento, užitočný náklad sa môže zvýšiť o celú štvrtinu. Uberiete dve percentá a zvýši sa vám o polovicu - v tomto ohľade je aj na pohľad skromný pokrok extrémne dôležitý.
Samozrejme nemusíte iba zvyšovať užitočný náklad. SpaceX - a zrejme priamo jej zakladateľ Elon Musk - dospeli k názoru, že v dôsledku bude lacnejšie vyrobiť o trochu ťažšiu raketu, ktorá môže pristáť a potom znova vzlietnuť. Dlhý vývoj nám nakoniec priniesol spektakulárne zábery pristátia prvých stupňov nosičov SpaceX, prestíž a istý pocit zadosťučinenia Muskovi aj jeho kolegom.
Skutočná skúška ohňom, teda dôkaz o ekonomickej návratnosti konceptu, firmu ešte len čaká. Úspech sa však zdá čoraz pravdepodobnejším, ako sa firme darí pristátie prvých stupňov opakovať a už použité časti tiež znovu posielať do vesmíru.
Ak sa jej podarí celý proces zjednodušiť a zlacniť, viacnásobné použitie dielov bude znamenať ďalšie zníženie nákladov na štart rádovo o desiatky percent.
Podľa dnešných odhadov, by mohol štart Falcon Heavy s "repasovaným" prvým stupňom stáť zhruba na 30 miliónov dolárov (ide o odhad s použitím motorov generácie Block 5, ktorá zatiaľ neletela, ale u ktorej má byť opätovné použitie lacnejšie napríklad vďaka použitiu novej technológie tepelnej ochrany). Zhruba 10 miliónov z toho tvorí výroba nového druhého stupňa, o ktorého viacnásobnom použití sa neuvažuje, pretože by neprinieslo očakávaný efekt. Zvyšok tvoria náklady na kontrolu, repasáciu, dopravu, palivo (tvoria len zlomok) atď.
Ak to tak naozaj bude, úspech SpaceX so "znovupoužitelnými raketami" sa nepochybne pokúsi napodobniť aj ďalší. Už dnes je viacnásobné použitie súčasťou projektu rakety New Glenn pripravovanej firmou Blue Origin, na koncepte pracuje Arianespace, o rovnakom cieli hovoria v Číne a poslednou dobou aj v Rusku. Všetci postupne pravdepodobne uspejú, čo môže viesť k ďalšiemu znižovaniu ceny.
Vyťaženie parkoviska sledované z vesmíru
Ak sa to stane, kozmický trh za 20 rokov môže vyzerať úplne inak ako dnes, keď ho z veľkej časti tvorí štát. V USA je podiel štátu, predovšetkým armády, na štartoch zhruba dvojtretinový, v EÚ je to podľa spoločnosti Arianespace 27 percent.
Dnes sa na obežnej dráhe okolo Zeme pohybuje okolo 1 500 umelých družíc, v roku 2038 by to mohli byť až desiatky tisíc. K zlacneniu využívania kozmu totiž neprispeje len zníženie ceny za dopravu. Zásadný význam má tiež postupná miniaturizácia zariadenia, ktoré bude pre konkrétne úlohy potrebné do kozmu dopraviť. Vďaka pokrokom v elektronike a nanotechnológiách sa totiž na palubu aj malých satelitov vojde stále zaujímavejšie a účinnejšie vybavenie.
Zvlášť, ak konštruktéri použijú bežnú modernú elektroniku namiesto robustnejšieho vybavenia pre družice, ktoré je výkonovo prakticky o jednu, či viac generácií pozadu a je výrazne drahšie. Je to samozrejme svojím spôsobom "hazard", pretože bežné komerčne vyrábané prístroje majú podstatne nižšiu životnosť, ale to u malých satelitov s nízkymi nákladmi (a výhľadovo ešte nižšími) nemusí byť v konečnom výsledku ekonomicky nevýhodné. Na tejto logike stojí napríklad fínsky projekt ICEYE, ktorý chce umiestniť na obežnú dráhu celú flotilu približne 30 malých (cca 100kg) satelitov, ktoré by vykonávali radarové snímkovanie Zeme.
Výsledkom by malo byť ďalšie zlacnenie služieb napríklad diaľkového sledovania Zeme. Možno si predstaviť, že ceny budú také nízke, aby družice slúžili napríklad na priebežné monitorovanie vyťaženia parkoviska pri konkrétnom hypermarkete. A to nielen pre jeho prevádzkovateľov, ale napríklad aj pre konkurenciu, ktorá chce vedieť viac o tom, ako sa darí ostatným.
Satelity jednoducho budú ešte potrebnejšie ako dnes. Ak v roku 2018 je hospodárstvo mnohých vyspelých západoeurópskych štátov z viac ako 70 percent závislé na satelitnej komunikácii, v roku 2038 môže byť táto závislosť v priemere aj o 20 percent vyššia.
Dá sa tiež čakať, že na trhu sa môžu objaviť súkromné firmy schopné ponúknuť nielen lacnú a malú nosnú raketu, ale aj kompletnú nanodružicu vyrobenú presne podľa priania zákazníka. V roku 2038 tak už možno nikoho neprekvapia záujmové súkromné nanodružice, keď napríklad študentské alebo fanúšikovské spolky usporiadajú závody svojich nanosond k Mesiacu a bude ich možné pohodlne sledovať v priamom prenose zo súkromia domova, alebo v krčme pri pive. Vesmír by mohol začať slúžiť súkromnej zábave aj menej bohatých smrteľníkov, ako je Elon Musk.
Neblahé dôsledky nášho optimizmu
Ak sa naše optimistické scenáre naplnia, zlacňovanie letov do kozmu a s tým spojený vstup súkromného sektora so sebou prinesie samozrejme aj negatívne dôsledky.
Zoskupenie typu Islamského štátu by si teoreticky mohli u súkromníka zaplatiť lacný štart spoľahlivej nanodružice a z obežnej dráhy s veľkou presnosťou sledovať presuny bezpečnostných a vojenských jednotiek. Prípadne napríklad priamo navádzať bojové drony na vybrané ciele. Pašerácke drogové kartely by mohli sledovať policajné aktivity. Diktátori aj chudobnejších krajín by si zasa mohli poistiť mocenské postavenie sledovaním komunikácie a ďalších aktivít svojich politických odporcov.
Medzinárodné spoločenstvo zatiaľ nie je na takýto vývoj pripravené. Keď bola v roku 1967 na pôde OSN prijatá známa Kozmická zmluva upravujúca zásady činnosti štátov pri výskume a využívaní kozmického priestoru, so súkromným sektorom sa nepočítalo. Prípadné úvahy v tomto smere sa považovali za bláznivé sci-fi.
Kozmická zmluva z roku 1967 stanovila, že každý štát zodpovedá za kozmické aktivity vedené z jeho územia, a je jedno, či ich uskutočňujú vládne či mimovládne organizácie, a zakotvila tiež zodpovednosť štátov za škody spôsobené ich kozmickými objektmi respektíve kozmickými objektmi vypustenými z ich územia. Lenže túto zodpovednosť majú iba signatárske štáty.
Ak by malo dôjsť k rýchlemu rozvoju "vesmírneho podnikania", otvára sa možné nebezpečenstvo, že niektoré štáty umožnia zo svojho územia štart komukoľvek, kto zaplatí, bez toho aby ich akokoľvek zaujímalo, aké bude určenie nákladu. Preto sa samozrejme ponúka otázka, či nehrozí napríklad prenesenie terorizmu a všeobecnej zločinnosti do blízkeho kozmu. Hrozba zničenia vybraných družíc a teda poškodenia napríklad aj celej komunikačnej siete, vydierania a vymáhania výkupného - to je len pár nápadov na možný "biznis plán".
Na druhej strane je nezmysel maľovať príliš čierne scenáre. Malé družice nemôžu nikoho priamo ohroziť na živote, môžu spôsobiť skôr predovšetkým ekonomické škody. A ako také skôr budú doménou organizovaného zločinu - či skôr štátov, tak ako dnes hacking.
Kozmický priestor blízkej budúcnosti bude celkom určite "militarizovaný" viac ako dnes. Trend je zrejmý už teraz. V roku 2013 americké vojenské kruhy s verejnosti skrytým nepokojom reagovali na čínsku "vedeckú misiu", ktorá zamierila na geostacionárnu dráhu 36-tisíc kilometrov nad Zemou a demonštrovala tak skutočnosť, že Čína dokáže ľahko dostať možnú zbraň do oblasti, odkiaľ USA prevádzkujú rad svojich dôležitých špionážnych satelitov.
Rovnako vo svetle predchádzajúcej čínskej skúšky v roku 2007, keď jeden čínsky satelit podľa všetkého riadene zničil ďalšie, došlo k zmene filozofie americkej armády, ktorá do tej doby bola od konca studenej vojny viacmenej riadená nádejou, že ak USA nebudú príliš aktívne v militarizácii kozmu, nevyprovokujete k tomu ani iné štáty. Od tej doby sa už Spojené štáty na možnú vojnu vo vesmíre údajne intenzívne pripravujú a skúmajú nielen možnosti obrany proti útoku napr. kinetickou zbraňou, ale tiež možné varianty útoku.
S tým, ako porastie význam využitia blízkeho kozmu, bude štátov s rovnakou vojenskou filozofiou pribúdať. Medzinárodné zmluvy síce zakazujú vynášanie zbraní hromadného ničenia do vesmíru a na nebeské telesá, ale iné "kozmické zbrane" zakázané nie sú. Nie je teda rozhodne vylúčené, že sa dočkáme aj ozbrojených umelých družíc, hoci sa o ich existencii verejnosť pravdepodobne nič bližšie nedozvie. A hoci zbrane v takom hypotetickom prípade budú pravdepodobne určené proti iným satelitom, dúfajme, že prvého "ostrého výstrelu" sa ani v nasledujúcich 20 rokoch nedočkáme.