Już od 2020 roku gospodarka kosmiczna znajduje się wśród 22 priorytetów szczytu G20. Miliarderzy, tacy jak Elon Musk (SpaceX), Richard Branson (Virgin Galactic) i Jeff Bezos (Blue Origin), dzięki sile własnej marki i kapitałowi zainwestowanemu w działalność kosmiczną przyczyniają się do znacznego wzrostu zainteresowania kosmosem w ostatnich latach. Media donoszą o kolejnych lotach w kosmos, rozwoju telekomunikacji satelitarnej i nadziejach pokładanych w kolonizacji i eksploatacji przestrzeni pozaziemskiej. Rozpoczął się nowy wyścig, choć znacząco różniący się od tego z czasów Zimnej Wojny.
Nie dziwi więc, że przyspiesza znów wyścig kosmiczny, zarówno w kontekście gospodarczym jak i obronnym. Zgodnie z danymi Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) do początku lutego bieżącego roku wystrzelono ok. 6 170 (nie licząc niepowodzeń) rakiet od początku ery kosmicznej w 1957 r. Umieszczono także ok. 12 450 satelitów na orbicie okołoziemskiej – obecnie jest ich tam ok. 7 840, z czego nadal funkcjonuje ok. 5 000. Kosmos staje się więc coraz bardziej zatłoczony.
Jak zatem wyglądają postępy w eksploracji i przygotowania do eksploatacji kosmosu? Jak rozwinął się sektor kosmiczny? Czy i kiedy będziemy wydobywać surowce w przestrzeni pozaziemskiej? Co może zakłócić obecny dynamiczny rozwój sektora kosmicznego?
Co nowego w eksploracji kosmosu?
Do najważniejszych przełomów eksploracji kosmosu z ostatnich lat należy zaliczyć pierwsze lądowanie na dalekiej stronie księżyca czy ponowne wykorzystywanie pierwszego stopnia rakiety, który powrócił na swoje miejsce startu (SpaceX). 2021 to kolejny rok symbolicznych wydarzeń. W ramach misji Perseverance Mars, należący do NASA helikopter marsjański Ingenuity jako pierwszy wykonał napędzany, kontrolowany lot na innej planecie. W ramach tej misji i eksperymentu Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) wyprodukowano tlen z marsjańskiego dwutlenku węgla.
W ramach misji Inspiration4 firmy SpaceX prywatny lot wyniósł w kosmos czterech cywilów. To, wraz z innymi prywatnymi lotami Richarda Bransona, Jeffa Bezosa i Williama Shatnera, otwiera drogę do upowszechnienia komercyjnych lotów kosmicznych. Podróż japońskiego miliardera Yusaku Maezawy na Międzynarodową Stację Kosmiczną to pierwsza od prawie dekady sfinansowana z własnych środków misja turystyczna na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS). Pierwszy kosmiczny hotel, Voyager Station firmy Orbital Assembly, może być dostępny już w 2027 roku.
Trwa konfiguracja Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), który będzie wykrywał światło w bliskiej i średniej podczerwieni, którego ludzkie oko nie jest w stanie dostrzec. Oznacza to, że będzie badał te części naszego wszechświata, które w przeciwnym razie byłyby niewidoczne dla ludzi.
Rosja z kolei przetestowała broń antysatelitarną, celowo niszcząc jednego ze swoich starych, radzieckich satelitów, narażając przy tym życie astronautów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i dalej zaśmiecając przestrzeń kosmiczną.
Chiny wysłały na Księżyc łazik księżycowy w styczniu 2019 r. i pomyślnie wylądowały łazikiem Zhurong na powierzchni Marsa w maju 2021 r. Państwo Środka jest obecnie w trakcie budowy swojej stacji kosmicznej, Tiangong, konkurenta Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Zbliża się kolejny przełom, czyli misja Artemis I, który będzie pierwszym zintegrowanym testem systemów eksploracji głębokiego kosmosu NASA: statku kosmicznego Orion, rakiety Space Launch System (SLS) i systemów naziemnych w Kennedy Space Center. Artemis I, pierwsza z serii coraz bardziej złożonych misji, będzie testem lotu bez załogi, który ma stworzyć podstawy dla ludzkiej eksploracji głębokiego kosmosu i pokazać naszą zdolność do rozszerzenia ludzkiej egzystencji na Księżyc i dalej. W odpowiedzi na ten program, w którym uczestniczy wiele zachodnich państw, w tym Polska, rosyjska agencja kosmiczna podpisała porozumienie z chińskim programem kosmicznym o utworzeniu własnej operacji księżycowej i budowie Międzynarodowej Księżycowej Stacji Naukowej. Oba programy zapraszają kolejne kraje do przyłączenia się do sojuszu, co przyczynia się do kolejnych “kosmicznych” napięć.
Z kolei w ramach długoterminowych projektów trwają prace konsorcjum Boeinga, Lockheed Martin i Bigelow Aerospace nad prototypami siedlisk kosmicznych czy nawet planem B dla ludzkości, czyli programem założonym przez filantropa naukowego Jurija Milnera i Stephena Hawkinga – misją kosmiczną trwającą 1000 lat na planetę Proxima Centauri b, która miałaby uchronić przyszłe pokolenia przed wyginięciem na skutek zmian klimatu na Ziemi. W ramach programu budowany jest statek kosmiczny ważący zaledwie kilka gramów, który byłby napędzany laserem o mocy 100 miliardów watów wystrzeliwanym z Ziemi. Statek potrzebowałby 20 lat, aby dotrzeć do układu słonecznego Alfa Centauri, gdzie znajduje się Proxima b.
Ponadto trwa Deep Space Food Challenge, konkurs NASA i Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej, aby znaleźć rozwiązanie na wyżywienie co najmniej czterech astronautów podczas trzyletniej misji. W pierwszej fazie jego zwycięzcy wykorzystali drukarki 3D, bioreaktory i pionowe systemy rolnicze jako możliwe rozwiązania do uprawy czy hodowli żywności w przestrzeni kosmicznej.
Poza tym trwają prace nad misją Dragonfly NASA, która ma na celu poszukiwanie elementów życia na jednym z księżyców Saturna, czy inicjatywą SESAME NASA, która skupi się na badaniu oceanów na odległych księżycach.
Niespełnione nadzieje
W latach 70-tych NASA przewidywała powstanie gospodarki kosmicznej oraz produkcję dóbr i usług w kosmosie, która zaspokoiłaby potrzeby milionów ludzi tam żyjących (space-for-space). Miała ona być większa niż gospodarka kosmiczna przeznaczona dla potrzeb Ziemi (space-for-earth), a nawet cała gospodarka ziemska. Prognoza okazała się nietrafiona. 13 osób to dotychczas największa liczba ludzi znajdujących się jednocześnie w przestrzeni kosmicznej.
Od początku ery kosmicznej liderzy sektora prywatnego ostrzegali, że model scentralizowany (państwowy, pod kontrolą NASA) uniemożliwi postęp w realizacji publicznych, a zwłaszcza komercyjnych priorytetów w kosmosie. Jednak w dobie Zimnej Wojny zalety decentralizacji zeszły na dalszy plan. Częściowo wynikało to także z faktu, że ścisłe powiązanie programu Apollo zakończonego w 1972 r. z konkurencją ze strony Związku Radzieckiego sprawiło, że po lądowaniu na Księżycu misja została zakończona, przywództwo Stanów Zjednoczonych w eksploracji kosmosu i technologii kosmicznej potwierdzone, ciężej zatem było o kosmiczny budżet NASA, brakowało kontynuacji i jasnych celów.
Kolejne programy poświęcone budowie Systemu Transportu Kosmicznego – wahadłowca, Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) i Teleskopu Kosmicznego Hubble’a realizowane były w dużej mierze w scentralizowanym modelu przestrzeni kosmicznej. Ponadto fundusze i priorytety NASA podlegały częstym, czasem drastycznym zmianom ze strony decydentów, co utrudniało sektorowi kosmicznemu osiągnięcie nawet tych celów, które zostały wyznaczone w centrum.
Od tego modelu odwrócono się dopiero po wypadkach wahadłowców i po utworzeniu w 1984 r. Biura Programów Komercyjnych w NASA oraz Biura Komercyjnego Transportu Kosmicznego w Departamencie Transportu. Jednak komercyjne programy rozpoczęły się dopiero po zakończeniu programu wahadłowców w 2011 r.
Inaczej wyglądało to na rynku satelitów, gdzie stworzono partnerstwo publiczno-prawne już w 1962 w formie COMSAT, agencji odpowiedzialnej za wystrzeliwanie satelitów. Efekty tego widzimy w postaci szybkiego rozmieszczenia i wykorzystania – zarówno do celów publicznych, jak i prywatnych – szerokiej gamy satelitów, które dziś dominują w gospodarce kosmicznej.
Obecnie, dzięki udziałowi sektora komercyjnego w gospodarce kosmicznej, nasze marzenia o montażu satelit w przestrzeni kosmicznej czy komercyjnych laboratoriach badawczych podobnych do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), a w dalszej perspektywie wydobywaniu zasobów pozaziemskich, fabrykach w kosmosie, pozyskiwaniu tam energii i tworzeniu pozaziemskich siedlisk mają szansę ziścić się szybciej.
Obecnie przemysł kosmiczny przyspieszył, głównie dzięki malejącym kosztom wynoszenia rakiet na orbitę, ekonomii skali oraz rosnącemu popytowi ze strony sektora prywatnego.
Mimo to istnieje jeszcze wiele barier do usunięcia zanim nasze marzenia będą bliższe realizacji. Kwestie prawne dotyczące wykorzystania zasobów oraz praw własności w przestrzeni pozaziemskiej są jeszcze w powijakach. Ponadto, rosnąca populacja satelitów i odpadów kosmicznych na orbicie okołoziemskiej stanowi zagrożenie dla naszej zdolności do podróżowania w kosmos. Przyszłość gospodarcza w czasach deficytu budżetowego, potencjalnych wojen i baniek finansowych jest niepewna, a część społeczeństwa sprzeciwia się rozwojowi i zasiedlaniu przestrzeni kosmicznej.
Światowe potęgi kosmiczne
Obecnie główne potęgi kosmiczne to Stany Zjednoczone, Chiny, Unia Europejska i Rosja. Posiadają one pełen zakres możliwości kosmicznych niezbędnych do zachowania i wzmocnienia swojej potęgi militarnej i gospodarczej. Istnieją też niektóre państwa, takie jak Indie czy Japonia, posiadające możliwości techniczne, które w niektórych przypadkach przewyższają możliwości największych potęg kosmicznych, chociażby w takich dziedzinach jak globalna nawigacja satelitarna (GNSS), zbieranie danych wywiadowczych i świadomość sytuacyjna w przestrzeni kosmicznej. Jednak ich programy mają mniejszą skalę i budżet.
Stany Zjednoczone nadal wykazują najwyższy poziom aktywności kosmicznej, na czele z NASA i wojskiem. W szczególności dominują nad wszystkimi innymi krajami pod względem budżetu przeznaczonego na aktywność w przestrzeni kosmicznej i liczby osób latających w kosmos. Amerykański budżet na 2022 przewiduje aż 24.8 miliardów dolarów dla NASA – będą to największe wydatki dla tej agencji w historii.
Dzięki temu, że przestrzeń kosmiczna staje się względnie bardziej dostępna i przystępna cenowo, mniejsze kraje również mogą wynosić satelity na orbitę. W rezultacie wiele państw w Afryce, Ameryce Łacińskiej i Azji zaczęło rozwijać technologie kosmiczne. Zjednoczone Emiraty Arabskie przeprowadziły misje Hope Mars, która jest pierwszym bezzałogowym satelitą międzyplanetarnym nadzorowanym przez Zjednoczone Emiraty Arabskie. Indie dążą do sprywatyzowania pilnie strzeżonej indyjskiej rządowej agencji kosmicznej w nadziei na ponowne podjęcie rywalizacji z rówieśnikami z całego świata. Nowa Zelandia jest gospodarzem Rocket Lab, potencjalnego rywala SpaceX. Kenia i Bahrajn dołączyły do listy krajów operujących satelitami. Jednak w większości krajów przemysł kosmiczny jest nadal słabo rozwinięty.
Państwa, które wzięły udział w wyścigu kosmicznym w XX wieku, mają znaczną przewagę nad nowymi graczami. Na przykład Argentyna i Ukraina wciąż pod pewnymi względami wyprzedzają Zjednoczone Emiraty Arabskie, choć wydają znacznie mniej pieniędzy na sektor kosmiczny.
Niektóre z nowych krajów zaangażowanych w projekty kosmiczne wprowadziły nowe podejście do rozwoju przemysłu, takie jak huby kosmiczne, podczas gdy inne podążają tradycyjną, utartą ścieżką. Model hubu kosmicznego pozwala narodom rozwijać przemysł kosmiczny nawet przy ograniczonych funduszach. Działa on poprzez tworzenie korzystnego środowiska biznesowego, które stanowi inkubator dla prywatnych firm. Wewnątrz hubu innowatorzy mogą wymieniać się pomysłami i doświadczeniami, a także korzystać ze wsparcia państwowych agencji kosmicznych.
Dobrobyt gospodarczy, towarzyszący mu rozwój technologiczny, kwestie bezpieczeństwa i prestiż to główne motywy rozwoju autonomicznych zdolności w przestrzeni kosmicznej. Współpraca i koordynacja międzynarodowa nabierają w tym procesie szczególnego znaczenia. W związku z tym liczba krajowych agencji kosmicznych znacznie wzrosła w ostatnich dziesięcioleciach. Europejska Agencja Kosmiczna (European Space Agency) jest najbardziej widocznym przykładem współpracy. Jej budżet wynosi 7,71 mld dolarów. 22,2% środków przeznacza się na obserwację Ziemi, 18,9% na nawigację, a 18,1% na transport kosmiczny.
Czynniki zachęcające poszczególne kraje do inwestowania w przestrzeń kosmiczną są różne. Program Indii ma na celu pokazać ich samowystarczalność, rozwój gospodarczy i jest odpowiedzią na cele strategiczne i wojskowe. Indie próbują zwiększyć również swój prestiż międzynarodowy poprzez podejmowanie misji na Księżyc i Marsa. Japonia tradycyjnie koncentrowała się na osiągnięciach naukowych i technicznych, ale zagrożenie ze strony Korei Północnej skłoniło Tokio do realizacji programów o bardziej militarnym charakterze. Japonia i Indie mają własne krajowe możliwości wynoszenia satelitów na orbitę, natomiast Francja, Niemcy i Włochy są wiodącymi partnerami w europejskim konsorcjum startowym ArianeGroup. Wszystkie te kraje o budżetach kosmicznych przekraczających 1 mld USD mają programy lotów kosmicznych z udziałem ludzi, własne możliwości wynoszenia na orbitę, w przypadku Francji, Niemiec i Włoch dzięki uczestnictwu w ESA, oraz znaczące systemy kosmiczne służące bezpieczeństwu narodowemu.
Spośród około 40 krajów, których budżet kosmiczny nie przekracza 1 miliarda dolarów, pięć ma własne możliwości wynoszenia na orbitę (Izrael, Korea Południowa, Korea Północna, Iran i potencjalnie Nowa Zelandia), ale żaden nie ma programu lotów kosmicznych z udziałem ludzi, chyba że w ramach NASA czy ESA (kilka krajów europejskich i Kanada). Niektóre kraje, takie jak Izrael i Turcja, posiadają działające satelity wywiadu obrazowego (IMINT).
Przeczytaj również nasz wcześniejszy tekst: Przyszłość lotów kosmicznych.
Bezpieczeństwo kosmosu
Jeśli chodzi o bezpieczeństwo, kluczowego znaczenia nabiera zabezpieczenie krytycznej infrastruktury sieciowej i komunikacyjnej przed potencjalnym uszkodzeniem, zakłócaniem pracy i cyberatakami. W tym celu już w 2019 r. Stany Zjednoczone utworzyły Amerykańskie Siły Kosmiczne, które już teraz twierdzą, że Rosja i Chiny atakują ich satelity za pomocą laserów, zagłuszaczy radiowych i ataków cybernetycznych. Dlatego od początku działalności zostały już wystrzelone dwa eksperymentalne satelity aby wykrywać eksplozje jądrowe, śledzić obiekty kosmiczne, prowadzić próby komunikacji laserowej i monitorować pogodę. Analogicznie do Stanów Zjednoczonych także Rosja i Chiny utrzymują własne Siły Kosmiczne.
Oprócz satelitów, wokół Ziemi znajdują się tzw. “kosmiczne odpady”, takie jak zużyte człony rakiety lub fragmenty rakiet i satelitów zniszczonych w wyniku kolizji, a także z fragmentów tak małych, jak maleńkie plamki farby. Tylko w wyniku zestrzelenia przez Rosję jednego ze starych satelitów, w przestrzeń kosmiczną wyleciało 1500 odłamków, które można śledzić, oraz setki tysięcy innych, które są zbyt małe, aby je wykryć. Poruszając się z prędkością ponad 16 777 mph, nawet najmniejsze odłamki mogą uszkodzić statek kosmiczny.
Skalę problemu pokazują poniższe dane Sieci Obserwacji Kosmosu, która śledzi ok. 30 040 odłamków, a liczbę tych obiektów na orbicie szacuje się na podstawie modeli statystycznych na:
- 36 500 obiektów większych niż 10 cm,
- 1 000 000 obiektów o rozmiarach od ponad 1 cm do 10 cm,
- 330 milionów obiektów o rozmiarach od ponad 1 mm do 1 cm.
Śmieci kosmiczne stwarzają również ryzyko na Ziemi. Co najmniej 200 obiektów rocznie spada z powrotem do atmosfery. Ponadto w przestrzeni kosmicznej kolizje pociągają za sobą kolizje w reakcji łańcuchowej znanej jako syndrom Kesslera – zjawisko, które może doprowadzić do bezużyteczności niektórych dostępnych orbit.
W 2021 r. Steve Wozniak, współzałożyciel Apple, ogłosił swój startup kosmiczny Privateer, który ma przeciwdziałać zagrożeniu, jakim są śmieci kosmiczne, poprzez wykorzystanie dostępnych informacji oraz danych gromadzonych przez własną flotę satelitów. Ponadto co najmniej 36 innych firm chce zająć się problemem śmieci kosmicznych. Na przykład firma Astroscale zademonstrowała swój system usuwania śmieci kosmicznych, który może przechwytywać i deorbitować satelity. W programach dotyczących śmieci swoich szans upatruje również polski sektor kosmiczny.
Globalna gospodarka kosmiczna
90 proc. przychodów sektora kosmicznego generowanych jest z segmentu tzw. space-for-earth, czyli służącemu gospodarce ziemskiej. Obejmuje to telekomunikację, satelity, wyrzutnie i obserwację Ziemi. W kreowanie globalnej kosmicznej gospodarki (space economy) włączyły się aktywnie firmy komercyjne (np. SpaceX). Powstała nowa gałąź turystyki – loty w kosmos. Spadające koszty zachęcają coraz więcej firm do angażowania się w sektor kosmiczny, szczególnie w segment satelitów i nanosatelitów, czy produkcję sprzętu górniczego umożliwiającego pobieranie próbek mineralnych poza naszą planetą.
Komercyjna gospodarka kosmiczna jest zdominowana przez usługi i produkty dostarczane przez satelity: telewizję do domów, łącza szerokopasmowe, śledzenie ruchomych zasobów, komunikację mobilną i połączenia danych dla organizacji na całym świecie. Rozwinięty przemysł kosmiczny obejmuje również produkcję satelitów, ich wynoszenie na orbitę oraz sprzęt naziemny. Ponadto w ostatnich latach pojawiły się nowe modele i możliwości biznesowe związane z satelitami, które nadal w dużej mierze znajdują się w fazie inwestycji i rozwoju. Obecnie nie generują jeszcze znaczących dochodów. Kilka firm i agencji rządowych dąży do obsługi satelitów na orbicie. Opracowywane są dziesiątki dużych konstelacji małych satelitów (o masie dziesiątków lub setek kilogramów, a nie tysięcy) przeznaczonych do świadczenia nowych, globalnych usług obrazowania i komunikacji, a także bardzo małe rakiety nośne przeznaczone do ich wystrzeliwania. Aplikacje oparte na zaawansowanej analizie danych i uczeniu maszynowym mają na celu wykorzystanie nowych danych satelitarnych, aby zapewnić wgląd w gospodarkę naziemną, a także zapewnić świadomość sytuacyjną w przestrzeni kosmicznej.
Poza przemysłem satelitarnym, komercyjna przestrzeń kosmiczna obejmuje również loty kosmiczne ludzi, platformy, produkcję, górnictwo i wykorzystanie zasobów. W sektorze kosmicznym działa ok. 12 000 firm, 5 000 inwestorów, 200 centrów R&D i stowarzyszeń oraz 140 organizacji rządowych.
Stany Zjednoczone są zdecydowanym liderem, reprezentując 56,4% firm kosmicznych na świecie. Drugie miejsce zajmuje Wielka Brytania (6,5%), a kolejne Kanada, Chiny, Niemcy i Indie (odpowiednio 5,3%, 4,7%, 4,1% i 3,6%). Do niszowych graczy w gospodarce kosmicznej należą Australia, Kanada, Izrael, Norwegia i Szwecja. Kraje te mają zazwyczaj mniejsze, ale wysoko wykształcone społeczeństwa, uprzemysłowione gospodarki i możliwości kosmiczne na światowym poziomie, ale skoncentrowane na kilku kluczowych technologiach lub rynkach. Innym przykładem może być Luksemburg, który odłożył fundusze na zachęty dla firm z całego świata zainteresowanych prowadzeniem nowych działań w przestrzeni kosmicznej, szczególnie w zakresie identyfikacji, wydobycia i przetwarzania zasobów pozaziemskich.
Jednak działalność kosmiczna ma wpływ znacznie wykraczający poza przychody komercyjne, z efektami zewnętrznymi w wielu segmentach gospodarki, na przykład w rolnictwie, transporcie i środowisku. Transfery technologii z początkowej eksploracji kosmosu i lotów kosmicznych z udziałem ludzi znajdują również drogę do wielu różnorodnych produktów komercyjnych, np. obrazów medycznych, systemów oczyszczania wody i powietrza. Raport zlecony przez Departament Handlu USA szacuje, że w samych Stanach Zjednoczonych Globalny System Pozycjonowania (GPS) mógł przynosić korzyści społeczno-gospodarcze o wartości około 1,4 biliona USD od czasu jego wprowadzenia w latach 80.
Dość prędko największy strumień, stanowiący 50 proc., wartości przychodów będzie płynął z rozpowszechniania się dostępu do szerokopasmowego internetu pochodzącego z satelitów Ziemi, szczególnie w takich obszarach globu, gdzie jest on do tej pory ograniczony. Popyt na dane generowane z internetu gwałtownie będzie rósł także w wyniku rozwoju autonomicznych pojazdów, internetu rzeczy (IoT), sztucznej inteligencji, wirtualnej rzeczywistości i transmisji video.
Koszty danych dramatycznie spadną dzięki powszechnemu stosowaniu rakiet wielokrotnego użytku wynoszących satelity na orbitę. Obecnie koszt wystrzelenia satelity to 60 mln dolarów, wobec 200 mln kilka lat temu. Perspektywy są jeszcze lepsze. Morgan Stanley mówi o zredukowaniu tej kwoty do 5 mln dolarów w ciągu kilku lat. Masowa produkcja satelitów może sprowadzić ten koszt nawet do 0,5 mln dolarów. Oznacza to, że koszt megabajta danych stanowić może zaledwie 1 procent obecnej kwoty.
Produkcja kosmiczna i komunikacja satelitarna wydają się być dwoma wiodącymi segmentami sektora kosmicznego. Najwięcej inwestuje się w sektor komunikacji satelitarnej, a następnie w firmy w sektorach produkcji, rozwiązań AI oraz dostaw materiałów i produktów. Podsektor obserwacji kosmosu jest również znaczący pod względem wielkości. Co ciekawe, dwie trzecie wszystkich inwestycji w sektor kosmiczny na świecie przypada na zaledwie 2 firmy: amerykański SpaceX i brytyjski OneWeb. Nie dziwi również, że najwięcej inwestuje się w sektor kosmiczny w USA oraz następnie w Chinach, choć jest to aż 6 razy mniej. Trzecim co do wielkości inwestycji krajem jest Wielka Brytania, z tą różnicą, że tu pieniądze do sektora płyną w większym stopniu ze środków publicznych i z giełdy, a nie od inwestorów prywatnych.
Jednak nie należy zapominać, że branża kosmiczna jest bardzo różnorodna. Obejmuje wiele globalnych korporacji, które prowadzą też inne rodzaje działalności, jak Boeing, Saint Gobain, AT&T czy Korea Aerospace Industries. Z drugiej strony mamy firmy zajmujące się działalnością związaną głównie z kosmosem, począwszy od firm badających napęd i produkujących silniki, po leki dla astronautów. Są wśród nich przedsiębiorstwa, które zajmują się jedynie produkcją konkretnych materiałów, czy projektują zarówno oprogramowanie lub tylko sprzęt dla systemów startowych. Są i takie, które te systemy startowe czy satelity wytwarzają.
Wybija się też segment firm, które skupiają się na nowych technologiach. Oprócz SpaceX, firmy, które używają lub tworzą technologie mogące zrewolucjonizować rynek lub spowodować dużą zmianę paradygmatu w bliższej lub dalszej przyszłości to Cannae, Astroscale, Astrobotic, Slingshot Aerospace, Relativity, Gateway Galactic, Nanoracks, Marscity, Made in Space. Skupiają się one na druku 3D rakiet i holowników kosmicznych czy wykorzystywaniu drukarek 3D na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, a także przekształcaniu górnych stopni rakiet w obiekty kosmiczne, oraz tworzeniu pozaziemskich siedlisk. Niektóre z nich zajmują się wywiadem sytuacyjnym, oczyszczaniem przestrzeni kosmicznej, modernizacją satelitów, monitorowaniem wycieków metanu z kosmosu, lokalizacją kosmicznych śmieci, czy rozwiązaniami dla kosmicznego łańcucha dostaw.
Trzeba pamiętać, że branża kosmiczna wykorzystuje i przyczynia się do dalszego rozwoju szeregu technologii, które nie zostały opracowane specjalnie do zastosowań kosmicznych. Można tu wymienić sztuczną inteligencję, uczenie maszynowe i inteligentne systemy, druk 3D, nanourządzenia i nanosensory, analizę danych, rozszerzoną rzeczywistość wirtualną, wysokowydajne obliczenia kosmiczne, zaawansowane obliczenia, systemy cyberfizyczne (bliźnięta cyfrowe), akumulatory, robotykę i IOT.
Przychody i finansowanie sektora
Według OECD, szacowane roczne globalne przychody handlowe z sektora kosmicznego mieszczą się w przedziale 280-300 miliardów USD (2019). Większość przychodów pochodzi z komercyjnych usług satelitarnych (126-130 miliardów USD), podczas gdy produkcja systemów kosmicznych jest wyceniana na mniej niż 20 miliardów USD i często jest wspierana przez zamówienia rządowe. Drugą co do wielkości część przychodów (125-130 mld USD) stanowi sprzęt konsumencki, czyli rynek zdominowany przez firmy z branży elektroniki użytkowej (np. urządzenia do odbioru sygnałów pozycjonujących, anteny telewizji satelitarnej).
Wciąż 95% tych przychodów pochodzi z gospodarki kosmicznej dla Ziemi (space-for-earth). Prognozy mówią o dalszym iście kosmicznym wzroście branży do 1-1,4 biliona dol. w 2030-40 roku.
Całkowita wartość inwestycji o charakterze equity w sektor kosmiczny wyniosła 178 mld dol. w ciągu ubiegłych 10 lat, jak podaje firma Capital Space. Rozkładały się one na 1343 przedsiębiorstwa i startupy, głównie w USA i Chinach, na które przypadało 75 proc. wartości inwestycji. Zauważalnego napływu kapitału doświadczyły też podmioty w Singapurze (6 proc.), W. Brytanii (4 proc.), Indonezji i Indiach (po 3 proc.). Najwięcej kapitału (31 mld dol.) przyciąga obszar infrastruktury kosmicznej (wyrzutnie, satelity, rakiety i logistyka). Płynął on głównie do takich amerykańskich firm jak SpaceX, Blue Origin, Relativity Space, Rocket Lab, Planet Labs i Spire Global.
Na wsparcie inwestorów mogą też liczyć startupy rozwijające różnorodne aplikacje umożliwiające komunikację, nawigację, pozycjonowanie i obserwację Ziemi (17 mld dol.). Nowym segmentem rynku staje się powoli kosmiczna turystyka. Rośnie też roczna liczba exitów, czyli monetyzacji inwestycji poprzez sprzedaż firm docelowym inwestorom. Tylko w 2020 roku samych wyjść z inwestycji z zakresu infrastruktury kosmicznej było 24 i opiewały one na kwotę 7,9 mld dolarów. Wyjścia odbywają się też za pomocą wehikułów inwestycyjnych SPAC, które prowadzą do upublicznienia firm w szybki sposób. Debiutantem w tym zakresie był należący do miliardera Richarda Bransona Virgin Galactic Holdings rozwijający ofertę turystycznych podróży kosmicznych, który wszedł na nowojorską giełdę w 2019 roku, osiągając kapitalizację w wysokości 8 mld dolarów. Liczba takich działań z roku na rok rośnie, co świadczyć może o optymistycznych oczekiwaniach dotyczących rozwoju branży.
W Chinach firmy działające w sektorze, zarówno prywatne i państwowe połączyły siły, tworząc sojusz (CCSA). Tych pierwszych firm jest około 80, z czego 29 specjalizuje się w produkcji satelitów, 21 – w produkcji wyrzutni, pozostałe zajmują się teledetekcją, technikami komunikacji, stacjami naziemnymi i analityką danych. Chiny dążą do uzyskania autonomii w zakresie produkcji i stosowania rakiet wielokrotnego użytku – firma iSpace obiecuje realizację do końca tego roku pierwszego startu takiego pojazdu, łudząco przypominającego rakietę Falcon 9 autorstwa SpaceX. Natomiast do 2025 roku powstać ma statek kosmiczny o nazwie Tengyun. Za cztery lata chińskie wydatki na rozwój komercyjnych technologii kosmicznych wynieść mają 4,7 mld dolarów, prognozuje rządowy think tank FutureAerospace.
W Europie firmy działające w sektorze mogą liczyć głównie na wsparcie kapitału publicznego. Unia Europejska i Europejski Bank Inwestycyjny ogłosiły powołanie funduszu dysponującego kwotą 200 mln euro. Ma on być przeznaczony na rozwój systemu wyrzutni Ariane 6, który jest rozwijany przez ArianeGroup przy wsparciu Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) oraz na inwestycje w europejskie startupy.
Najbardziej znanymi przedsięwzięciami kosmicznymi UE są dwa wielkie projekty: system obserwacji Ziemi Copernicus oparty na satelitach i sensorach funkcjonujących w zakresie sześciu obszarów: lądów, morza, atmosfery, zmian klimatycznych, zarządzania kryzysowego i bezpieczeństwa oraz system nawigacyjny Galileo składający się z ponad 20 satelitów, z których korzysta ponad miliard użytkowników na świecie.
Silnym ośrodkiem przemysłu kosmicznego w Europie jest Szkocja, a Glasgow jest drugim po Houston światowym centrum produkcji satelitów Ziemi. To tutaj, w Sutherland, rozwijany jest port, który ma umożliwić pionowy start wynoszący rakiety na orbitę. Wielka Brytania może się więc stać kolejnym europejskim konkurentem w tej dziedzinie, obok USA, Chin i Rosji.
Biorąc pod uwagę rosnące upolitycznienie kosmosu i wyścig technologiczny z tym związany UE musi zwiększyć swoje wysiłki w zakresie technologii kosmicznych – jak wynika z analizy wykonanej na zlecenie Parlamentu Europejskiego. Inwestycje w takie technologie mają w coraz większym stopniu znaczenie zarówno dla gospodarczej konkurencyjności, jak i zdolności obronnych. USA już w 2019 roku powołały Dowództwo Sił Kosmicznych – US Space Command. To w tej dziedzinie powstają innowacje mające kluczowe znaczenie dla postępów w zakresie komputerów kwantowych, komunikacji cyfrowej, nanotechnologii, robotyki, sztucznej inteligencji i inżynierii materiałowej.
SpaceX pracuje nad wyrzutnią wielokrotnego użytku
SpaceX testuje nowy, dwustopniowy transport kosmiczny – największą rakietę, jaką kiedykolwiek zbudowano, która będzie rakietą wielokrotnego użytku, wymagającą tylko rutynowej konserwacji pomiędzy lotami i tankowania. Docelowo rakiety Starship mają pełnić rolę dwuetapowego systemu transportowego wielokrotnego użytku. Pojazd posłuży do wysyłania ludzi i dużych zestawów ładunków na Księżyc i Marsa, a być może i w inne odległe zakątki Układu Słonecznego.
Odpowiednia wersja Starship została niedawno wybrana przez NASA jako lądownik księżycowy dla programu Artemis, którego celem jest powrót astronautów NASA na Księżyc. Zamiarem firmy jest wyniesienie lądownika na orbitę jeszcze w tym roku. Dzięki tankowaniu w kosmosie, Starship będzie mógł polecieć na Księżyc, Marsa, i w inne miejsca przestrzeni kosmicznej. Warto zaznaczyć, że rakieta wielokrotnego użytku może obniżyć ceny za lot do 10 mln USD lub 100 USD/kg a nawet bardziej. Takie koszty zrewolucjonizują dzisiejszy przemysł kosmiczny.
Nanosatelity
Prostsza i tańsza staje się również budowa satelitów. Dzięki postępowi technicznemu do ich produkcji wykorzystuje się nowe, bardziej efektywne kosztowo materiały, co przekłada się na dalsze obniżenie kosztów programów wynoszących satelity w przestrzeń kosmiczną. Umożliwiło to prawdziwą rewolucję w segmencie SmallSat, w której biorą udział nie tylko duże firmy, ale też start-upy, uniwersytety czy organizacje non-profit, stymulując badania i innowacje.
W roku 2021 odnotowano nie tylko rekordową liczbę małych satelitów umieszczonych w dużych konstelacjach, ale także rekordową liczbę satelitów umieszczonych poza flotami Starlink i OneWeb, która wzrosła o imponujące 77%.
Liczba małych satelitów wyniesionych na orbitę wzrosła prawie 18-krotnie w porównaniu z sytuacją sprzed zaledwie trzech lat. Jednak nadal jest ona silnie skoncentrowana w dwóch dużych konstelacjach. Starlink i OneWeb, które mają blisko 95% udziału w łącznej liczbie 1743 małych satelitów wyniesionych na orbitę w 2021 roku.
Sama tylko pierwsza generacja Starlink firmy SpaceX umieści na orbicie 11 926 nowych satelitów, podczas gdy druga generacja wystrzeli dodatkowe 30 000. W 2022 roku firma Amazon stworzy prototyp konstelacji szerokopasmowej Project Kuiper. Jeśli projekt zakończy się sukcesem, na orbicie może znaleźć się dodatkowo 3200 satelitów. OneWeb i chiński SatNet mogą łącznie dać dodatkowe 15 000 satelitów. Konstelacje satelitów składają się z wielu małych „mikrosatelitów” lub „cubesatów”, które są w stanie komunikować się między sobą i kontynuować pracę, gdy jeden satelita w sieci ulegnie awarii. Konstelacje są wykorzystywane do różnych celów, w tym do robienia zdjęć i przesyłania na Ziemię danych o dostępie do Internetu.
W związku z potencjalnym zakłóceniem prac astronomicznych przez taką ilość satelit, astronomowie biją na alarm. Naukowcy z U.S. Naval Research Laboratory pracują nad koncepcją, która mogłaby pomóc kierować satelity z powrotem na Ziemię po ich wycofaniu z eksploatacji i pomóc w porządkowaniu kosmosu.
Wątpliwości budzi nadal dopasowanie podaży i popytu na oferowane przez nie usługi. Choć obecnie trwają prace nad ponad 140 konstelacjami spoza GEAO, to tylko około 80 z nich pozostaje aktywnych. Co więcej, tylko około połowa z tej podgrupy posiada wystarczające środki finansowe, aby poczynić istotne postępy.
Co ciekawe, polska firma SatRevolution z siedzibą we Wrocławiu, jest wiodącym dostawcą nanosatelitów. Również w Polsce powstały konsorcja różnorodnych instytucji pracujące nad własnymi rozwiązaniami w tym zakresie w ramach programów PIAST, EagleEye, UVSat i STAR VIBE.
Górnictwo kosmiczne – przyszłość czy fantastyka naukowa?
Planetary Resources i Deep Space Industries były pionierami w dziedzinie górnictwa kosmicznego. Jednak brak postępu technologicznego, wysokie koszty i niski popyt na produkty wydobywane w kosmosie ostatecznie zakończyły ich działalność. Inna firma, Moon Express, walczy o przetrwanie.
Obecnie pojawia się wiele nowych firm i coraz więcej osób jest skłonnych do inwestowania w ten segment. Wszyscy mają świadomość, że dalsza ekspansja kosmiczna wymaga wydobycia zasobów in-situ (na miejscu, w kosmosie, a nie transport ich z Ziemi). Z drugiej strony rośnie liczba nowych badań i technologii, które umożliwią nowe, przełomowe odkrycia.
Spadek cen oraz rozwój technologii umożliwiających efektywny powrót ładunku z powrotem na Ziemię będzie bodźcem do rozwoju produkcji w przestrzeni kosmicznej, z jej unikalnymi właściwościami nieważkości i taniej próżni. Obecnie koszt odzyskania masy z kosmosu jest zbyt wysoki, ale to się zmienia. Powoduje to wzrost zainteresowania firm, które wcześniej nie widziały w tym biznesowego uzasadnienia.
Wraz z szybkim przeniesieniem punktu ciężkości działań eksploracyjnych NASA z asteroid na Księżyc, światło reflektorów równie szybko przesunęło się na wykorzystanie zasobów księżycowych, poczynając od setek milionów ton lodu wodnego, który, jak się uważa, jest skoncentrowany wokół północnego i południowego bieguna Księżyca. Prezes Amazona Jeff Bezos, który wydaje miliardy dolarów na swoje kosmiczne przedsięwzięcie Blue Origin, mówi o perspektywach wydobycia zasobów księżycowych i budowy miasta na Księżycu. Blue Origin zdobył już fundusze NASA na badanie technik przekształcania księżycowego lodu w wodór i tlen potrzebny do utrzymania stałej osady i tankowania statków rakietowych.
Do minerałów z kosmosu jeszcze daleka droga
Najlepiej obrazuje to “mapa drogowa” National Space Society wskazująca bariery do przezwyciężenia i kroki milowe, jakie muszą zaistnieć by człowiek mógł funkcjonować w kosmosie i go eksploatować.
Najpierw konieczne jest radykalne obniżenie kosztów wyniesienia na orbitę, budowa stale zamieszkałych struktur ciśnieniowych na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) i bezpiecznych siedlisk dla załóg. Należy zapewnić prawną ochronę własności oraz stworzyć zachęty ekonomiczne dla osadnictwa kosmicznego. Musi być dostępna technologia pozwalająca na odpowiednią samowystarczalność w przestrzeni kosmicznej, a także efektywny system obrony przed asteroidami. Nie obejdziemy się również bez stworzenia odpowiednich metod konstrukcyjnych w mikrograwitacji.
W kolejnym etapie należy stworzyć możliwości funkcjonowania i rozwoju w przestrzeni cislunarnej (czyli pomiędzy Ziemią a Księżycem), zaczynając od wykorzystania technologii i zasobów kosmicznych na Ziemi i dla Ziemi. Czeka nas przede wszystkim stworzenie zintegrowanego systemu transportu i logistyki w przestrzeni cislunarnej oraz solidnej infrastruktury pozwalającej ludziom i robotom w tej przestrzeni działać. Nie obejdzie się bez pierwszej osady ELEO i systemu zbierającego energię słoneczną w przestrzeni kosmicznej (Space Solar Power System – SSP).
Wówczas możemy zacząć myśleć o operacjach na Księżycu. Oczywiście najpierw zapewniając orbitery i zrobotyzowane lądowniki do określenia charakteru i zasięgu księżycowego lodu, złóż i zasobów księżycowych, oraz po wybudowaniu obiektu z załogą do prowadzenia badań, a następnie wielofunkcyjnej, stale zamieszkałej bazy księżycowej.
Dopiero wtedy będziemy mogli przystąpić do rozwoju górnictwa asteroidalnego i orbitalnego zagospodarowania przestrzeni. W pierwszym etapie zdalnie lub za pomocą robotów trzeba będzie zidentyfikować i zbadać orbity, skład i struktury asteroid bliskich Ziemi czy samego Księżyca i opracować ich potencjalne wykorzystanie. Następnie będzie można stworzyć bazy górnicze i siedliska ludzkie.
Według opinii specjalistów branży kosmicznej eksploatacja asteroid staje się powoli w zasięgu możliwości technicznych, a nowa klasa rakiet wielokrotnego użytku takich jak np. SpaceX lub New Shepard Blue Origin jeszcze bardziej przybliży taką wizje.
Przeczytaj też: Asteroidowe el dorado
Wśród istotnych osiągnięć technologicznych ostatnich lat należy wymienić opracowanie nowego spektroskopu promieniowania gamma przez zespół naukowców z Vanderbilt University we współpracy z Fisk University, Jet Propulsion Laboratory w Kalifornii oraz Planetary Science Institute w Arizonie. Natomiast w zakresie techniki wydobycia urobku bezpośrednio z planetoid ważnym osiągnięciem jest opracowanie przez norweską firmę Zaptec specjalnych plazmowych wiertnic The Zapper, które działają w środowisku próżni kosmicznej. Według konstruktorów urządzenia ma być w stanie drążyć otwory do głębokości aż 2 km.
Obecny okres jest czasem krytycznym dla rozwoju technologii oraz bardzo istotnym w sferze regulacyjnej. Państwa nie powinny lekceważyć tego żywiołowego procesu. Miejmy nadzieję, że Polska włączy się do niego jeszcze aktywniej.
Czy górnictwo kosmiczne się opłaca?
Dla wielu patrzących w przyszłość przedsiębiorców i naukowców przemysł kosmiczny zaczyna wydawać się nieuniknionym. Czy to ze względu na coraz większe potrzeby energetyczne, zanieczyszczenie na Ziemi czy malejącą dostępność rzadkich metali, których nie brakuje w kosmosie. Od momentu wejścia komercyjnych spółek do sektora kosmicznego i nagłośnienia kosmicznych podróży przez media zainteresowanie gospodarką kosmiczną rośnie eksponencjalnie. Powstają start-upy w tym sektorze, rośnie jego finansowanie, astronomiczne prognozy korzyści i zysków, a co za tym idzie kosmiczne wyceny spółek. Czy to kolejna bańka to dopiero się okaże. Możliwy jest i taki scenariusz.
Warto zatem chwilowo zejść na ziemię i przyjrzeć się gospodarce kosmicznej i perspektywie czasowej, w jakiej mogą zmaterializować się te niezaprzeczalne w dużym stopniu korzyści, jakie może nam przynosi już i może przynieść w przyszłości zarówno eksploracja, jak i eksploatacja kosmosu. Nie brakuje oczywiście też ryzyk, tych znanych i jeszcze nieznanych.
Jak wspominaliśmy wcześniej, eksploatacja kosmosu jest od długiego czasu faktem, chociażby w dziedzinie bezpieczeństwa, telekomunikacji czy od niedawna komercyjnych podróży kosmicznych. Ponadto, o ile nie nastąpi przełom w dziedzinie kwantowych mocy obliczeniowych, Ziemia nie będzie w stanie wyprodukować wystarczającej ilości energii, aby zasilić światowe komputery do 2040 roku, zgodnie z raportem Stowarzyszenia Przemysłu Półprzewodników (Semiconductor Industry Association) z 2015 roku. Surowce do produkcji paneli słonecznych i turbin wiatrowych mogą również wyschnąć, ponieważ nasze zasoby metali ziem rzadkich kurczą się.
Tymczasem asteroidy i inne ciała kosmiczne są gotowymi źródłami metali i innych cennych zasobów, a często zawierają składniki paliwa rakietowego. Przeniesienie przemysłu w kosmos oznaczałoby również przeniesienie tych emisji poza świat (sic!). Dla wielu dalekowzrocznych przedsiębiorców i naukowców przemysł kosmiczny zaczyna wydawać się nieunikniony.
Oczekuje się, że dzięki postępowi technologicznemu w takich dziedzinach jak materiałoznawstwo, produkcja, wytwarzanie addytywne, robotyka i analiza danych, eksploatacja kosmosu pomoże zmniejszyć zależność od ograniczonych zasobów Ziemi. Nie można oczywiście pominąć korzyści związanych z rozwojem nauki i wiedzy, badań i edukacji.
Spodziewa się, że przemysł wykorzystujący zasoby kosmiczne, będzie generował przychody rynkowe w wysokości od 73 do 170 mld EUR w latach 2018-2045, zatrudniał 845 tys. do 1,8 mln pracowników oraz generował wzrost wydajności szacowany na 54 do 135 mld EUR. Oczywiście równie dobrze jednak może się to w ogóle nie wydarzyć.
Bardzo ważny jest oczywiście aspekt regulacyjny. Twierdzi się, że jedna kilkusetmetrowej średnicy asteroida może być warta dziesiątki miliardów dolarów. Wyobraźmy sobie turbulencje na światowych rynkach tych metali, jeśli nie zostanie to odpowiednio uregulowane. Co się wtedy stanie z wartością rezerw światowych gromadzonych w złocie? Czy dobrobyt całej ludzkości na pewno się zwiększy? A może tylko dobrobyt uczestników tego rynku, firm wydobywczych lub państw, które zdominują księżycowe kopalnictwo?
Według profesora nauk planetarnych Uniwersytetu Arizona John S. Lewis i jego książki “Asteroid Mining 101: Wealth for the New Space Economy”, wartość tylko podstawowych znanych metali szlachetnych i rud metali znajdujących na obiektach bliskich Ziemi (NEO od ang. Near-Earth objects) to ok. 222 bilionów dolarów (PKB Polski to ok 0,6 biliona dolarów). Warto podkreślić, że obiekty NEO są w zasięgu technicznym sond, są łatwe do osiągnięcia przez urządzenia badawcze i automaty górnicze obecnie projektowane i budowane przez firmy takie jak Bradford Space.
Jedna tylko asteroida 1986 DA o średnicy 2,3 km może być warta od 5 do ponad 200 bilionów dolarów w zależności od wyceny i szacunkowej zawartości metali szlachetnych i rud metali (zawiera ok. 40 miliardów ton żelaza, 3 miliardy ton niklu, 300 milionów ton kobaltu i ok. 1-4 miliona ton metali z grupy platynowców (platyna, pallad, iryd, rod, ruten). Z kolei według analizy przeprowadzonej przez „The Planetary Science Journal”, dwie asteroidy znajdujące się w pobliżu Ziemi mogą zawierać metale szlachetne o wartości 11,65 biliona dolarów. Ilość żelaza, niklu i kobaltu przekroczyłaby ilość dostępną na Ziemi. Wartość 16 Psyche, asteroidy, którą NASA planuje zbadać w 2022 r., szacuje się na 10 000 kwadrylionów dolarów w pierwiastkach ziem rzadkich i innych zasobach, co znacznie przekracza wartość całego bogactwa netto naszej planety.
Przeczytaj też: Czy Polska postawi na górnictwo kosmiczne? i Ministerstwo Rozwoju RP popiera górnictwo kosmiczne oraz Czy Polska otrzyma działkę na księżycu
Wydobywanie helu-3 na księżycu
Obecnie największe zainteresowanie wzbudza hel-3. Jest rzadkim izotopem na Ziemi, ale występuje obficie na Księżycu. W całej społeczności kosmicznej księżycowy hel-3 jest często wymieniany jako główny powód powrotu na Księżyc. Aby zaspokoić 10% światowego zapotrzebowania na energię w 2040 roku, potrzeba 200 ton helium-3 rocznie. Na ziemi powstaje on głównie przy konserwacji broni atomowej i to w śladowych ilościach.
Stężenie helu-3 na Księżycu waha się od 5-20 ppb, w klasycznym modelu jest to nieopłacalne ekonomicznie i bardzo trudne technicznie. Ale są miejsca, w których cząsteczki helu-3 z wiatru słonecznego mogą związać 10-100 razy silniej.
Dziś hel-3 jest wykorzystywany w kriogenice, w detektorach neutronów, które stosuje się do wykrywania substancji rozszczepialnych. W oparciu o tę technologię działają wszelkie urządzenia do wykrywania materiałów rozszczepialnych stosowane na lotniskach czy na przejściach granicznych. Zapotrzebowanie na hel-3 wzrosło dramatycznie po atakach 11 września. Izotop pozwala również na stabilizację komputerów kwantowych oraz uważa się, że pozwoli na stabilizację tzw. “kryształów czasu”, które w przyszłości mogą być podstawą stabilnych qbitów, niezbędnych do stworzenia komputerów kwantowych.
Reaktory termojądrowe
Hel-3 mógłby zrewolucjonizować energetykę, jako paliwo w reakcji termojądrowej. Jak donosi artykuł Artemis Project, około 25 ton helu-3 – lub w pełni załadowana ładownia wahadłowca kosmicznego – może zasilać Stany Zjednoczone przez rok. Oznacza to, że hel-3 ma potencjalną wartość ekonomiczną rzędu 3 miliardów dolarów za tonę – co czyni go jedyną ekonomicznie opłacalną rzeczą do potencjalnego wydobycia z Księżyca, biorąc pod uwagę obecne i prawdopodobnie w bliskiej przyszłości technologie i możliwości podróży kosmicznych.
Prace nad fuzją termojądrową są na razie w powijakach, jednak jest to jeden z najgorętszych tematów we współczesnej energetyce. Badaniami w tym obszarze zajmują się nie tylko potężne korporacje, ale i badawcze startupy.
Nad wydobyciem helu-3 pracuje m.in. US Nuclear Corp. z krakowską Solar System Resources Corporation. Prace znajdują się dopiero w pierwszej fazie, m.in. związanej z identyfikacją złóż, które zapewnią łatwą i ekonomicznie opłacalną eksploatację. Solar Systems Resources Corporation to firma zajmująca się lokalizacją złóż, weryfikacją in-situ i wydobyciem zasobów kosmicznych. W budowie wymienionego w umowie łańcucha wartości uczestniczy również trzeci partner strategiczny, polska SatRevolution, wiodący dostawca nanosatelitów. List intencyjny, podpisany przez US Nuclear Corp i Solar System zakłada, że strona amerykańska odbierze 500 kg helu-3 z Księżyca. Pozyskaniem izotopu ma zająć się krakowski Solar System Resources Corporation z innymi podmiotami. Ma się to odbyć w trakcie bezzałogowej ekspedycji górniczej. Dostawy mają zostać dostarczone do 2028-32 roku.
Interesująco brzmią zamiary obu firm:
- Do 2050 roku strony będą dążyć do stworzenia sieci rezerw kosmicznych dostępnych dla operacji cywilnych, w szczególności rząd USA/Space Force, w tym:
- Sieci elektrowni magazynujących energię elektryczną i umożliwiające szybkie ładowanie dokujących statków, którym przyznano dostęp do rezerwy.
- Gazy skroplone: O2, H2, CH4, gazy techniczne.
- 500 ton izotopu helu-3, co przy obecnej ziemskiej cenie 16,6 mld USD/tonę stanowi 8300 mld USD, czyli 39,65% PKB USA w 2020 roku.
- Metale krytyczne dla gospodarki i bezpieczeństwa USA. Planowana wartość rezerwy sięgająca nawet 1% PKB USA.
W związku z powyższym nie może dziwić, że zainteresowanie księżycowym helem-3 wzbudza poważne zainteresowanie.
Woda z księżyca
Pozyskiwanie wody jest uważane za kluczowy element przyspieszającego wyścigu o zasiedlenie Księżyca i ewentualnie innych ciał pozaziemskich. Ekstrakcja lodu księżycowego, i jego wykorzystanie jako wody pitnej i paliwa rakietowego może być kluczowym krokiem do ewentualnej kolonizacji Księżyca przez człowieka. Woda w lądolodach, którą można przerobić na paliwo rakietowe ma wartość rynkową 15 mld USD/rok, a wartość rynkowa na najbliższe 30 lat szacowana jest na 200 mld USD według raportu Watts, Griffis and McOuat Limited.
Paliwo uzyskane z wody z lodu księżycowego posłuży do tankowania statków kosmicznych. Obecnie w budowie znajdują się konstelacje megasatelitów, które będą się składać z kilku do kilkudziesięciu tysięcy małych satelitów. Większość projektów zostanie ukończona w ciągu kilku lat od dzisiaj. Szacuje się, że co roku 20-25% satelitów w megakonstelacjach będzie musiało być wymienianych z różnych powodów, przy czym główny powód to wyczerpanie paliwa do silników manewrowych. Możliwość zatankowania ich na orbicie oznacza miliardowe oszczędności.
Program NASA Artemis, z którym współpracuje też krakowska spółka Solar System Resources Corporation, zakłada budowę stałej bazy na Księżycu i jej komercyjną eksploatację. Zaopatrywanie tej stacji w wodę z księżyca może mieć kluczowe znaczenie. Wówczas byłoby możliwe też utworzenie magazynów paliwa, aby pomóc astronautom dotrzeć do dalszych miejsc docelowych i długich podróży międzyplanetarnych.
Aby zbadać wodę księżycową z bliska, NASA przygotowuje się do wystrzelenia wiertła i przyrządu do pomiaru masy na południowy biegun Księżyca w 2022 roku. Gdy już tam dotrą, spróbują zebrać lód wodny. Następnie w 2023 r. NASA zamierza wystrzelić Viper (skrót od Volatiles Investigating Polar Exploration Rover), aby wwiercić się w sekcje księżycowego lodu i gleby, pobierając próbki do analizy. W ciągu swojego 100-dniowego okresu eksploatacji łazik będzie miał za główny cel zbieranie danych dla NASA, aby zmapować zasoby wodne Księżyca.
Pojawiają się jednak kwestie pragmatyczne. Jak dotrzeć do zasobów lodu wodnego, które znajdują się blisko powierzchni Księżyca? Znajdują się one na terenie nieprzyjaznym w każdym znaczeniu tego słowa. W głębokich kraterach ukrytych przed światłem słonecznym nie ma dostępu do energii słonecznej. Panują tam temperatury około -233°C. W takich temperaturach kriogenicznych nie mamy doświadczenia w prowadzeniu szeroko zakrojonych operacji wydobywczych.
Szczyty wiecznego światła to szczyty górskie położone w rejonie południowego bieguna Księżyca, które są wystawione na niemal ciągłe działanie promieni słonecznych. Jedna z propozycji Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA przewiduje skierowanie światła słonecznego z gigantycznych reflektorów umieszczonych na tych szczytach do kraterów.
Jednak potrzebne do tego są gigantyczne lustra, które muszą zostać przetransportowane z Ziemi, wylądować na szczytach, zostać zainstalowane oraz sterowane zdalnie, aby oświetlić głębokie kratery. Następnie zrobotyzowane pojazdy górnicze mogą udać się do oświetlonych już głębokich kraterów, aby odzyskać lód wodny przy użyciu odbitej energii słonecznej.
Będzie to wymagało lądowiska, które może być zlokalizowane na równiku Księżyca, aby zapewnić maksymalną elastyczność wystrzeliwania na dowolne nachylenie orbity, ponieważ polarne miejsce startowe będzie ograniczone do startów polarnych – tylko do planowanej Bramy Księżycowej. Księżycowe stanowisko startowe będzie wymagało rozbudowy infrastruktury.
Podsumowując, pozorna łatwość wydobycia lodu wodnego z biegunów księżycowych nie jest równoznaczna ze skomplikowaną infrastrukturą niezbędną do jego osiągnięcia. Koszty instalacji infrastruktury zniweczą uzasadnienie oszczędności kosztów dla wykorzystania zasobów in-situ.
Istnieją bardziej korzystne opcje. Redukcja ilmenitu wodorem w celu uzyskania metalicznego żelaza, rutylu i tlenu zapewnia większość korzyści wynikających z eksploatacji wody. Tlen stanowi lwią część mieszaniny LH2/LOX. Nie wymaga to wielkiej infrastruktury: energia cieplna może być wytwarzana przez niewielkich rozmiarów koncentratory słoneczne zintegrowane z jednostkami przetwórczymi. Każda jednostka może być rozmieszczona tam, gdzie jest potrzebna – nie ma potrzeby pokonywania długich tras pomiędzy miejscami podaży i popytu.
W ten sposób możemy osiągnąć prawie tę samą funkcję poprzez inną, łatwiej osiągalną drogę do wykorzystania zasobów in-situ, która jest również zrównoważona poprzez wydobycie obfitych ilmenitów i innych minerałów księżycowych.
Czyje będą kosmiczne zasoby?
Do rozwiązania pozostaje jeszcze aspekt prawny całego przedsięwzięcia. W myśl uznawanego przez ponad 120 sygnatariuszy Traktatu o Przestrzeni Kosmicznej, żadne państwo ani osoba prywatna nie mogą nabyć kawałka kosmosu na własność. Treść porozumienia powstała w 1967 roku, w samym środku “wielkiego wyścigu kosmicznego”, jaki prowadziły ze sobą Stany Zjednoczone i Związek Radziecki w czasie zimnej wojny. Zapisy miały uniemożliwić jednej ze stron przejęcie na własność Księżyca. Twórcy traktatu nie rozważali natomiast kwestii eksploatacji zasobów ciał niebieskich.
Prawnicy wciąż nie mogą dojść do zgody w kwestii interpretacji przepisów traktatu. Jedni uważają, że prywatna firma niepowiązana z rządem żadnego kraju może eksploatować przestrzeń kosmiczną na takiej samej zasadzie, na jakiej obecnie prowadzone są odwierty na dnie morza w poszukiwaniu gazu czy ropy. Inni uważają, że traktat jasno stanowi, iż nikt nie może wykorzystywać zasobów przestrzeni kosmicznej dla własnych celów.
Jedno jest pewne. W najbliższym czasie konieczne będzie opracowanie nowych regulacji, które jasno i precyzyjnie określą “dostępność” przestrzeni kosmicznej. Odrębną kwestią jest zapewnienie powszechnej akceptacji takiego dokumentu.
W 2017 roku Luksemburg wprowadził prawo dotyczące pozyskiwania i wydobywania surowców w kosmosie, podobnie postąpiła Japonia i Zjednoczone Emiraty Arabskie. Poza tym osiem państw uczestniczących w programie Artemis (wraz z USA, ale bez Rosji i Chin) dot. eksploracji kosmosu, a głównie Księżyca, podpisało porozumienie Artemis Accords, które jest rozwinięciem Traktatu o Przestrzeni Kosmicznej z 1967 roku.
Przeczytaj też: Przestrzeń kosmiczna nowym polem bitwy.
Przemysł w kosmosie
Okazuje się, że produkcja urządzeń w kosmosie przeznaczonych do funkcjonowania poza Ziemią jest znacznie tańsza niż w warunkach grawitacji. Rozwijać się tam mogą także projekty pozaziemskich laboratoriów, ludzkich siedlisk a nawet fabryk – w tym kierunku podąża Axiom Space, firma realizująca zamówienie NASA na zbudowanie komercyjnego modułu w ramach ISS. Z kolei Maxar Technologies otrzymał zlecenie konstrukcji robota do prac na orbicie okołoziemskiej. W związku z planami realizacji przez SpaceX, Boeinga, Blue Origin czy Virgin Galactic komercyjnych lotów załogowych i turystycznych będzie również rósł popyt na sprzęt ułatwiający astronautom funkcjonowanie w kosmosie. Dlatego sektor produkcji i usług space-for-space stanie się w przyszłości domeną działalności prywatnych firm.
Organy i mięso lepiej się hoduje w kosmosie
Praktycznie niemożliwym jest “wydrukować” serce na ziemi. Tkanki i ludzkie komórki macierzyste zapadają się pod własnym ciężarem. Pierwsze eksperymenty “druku” ludzkich komórek na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) przyniosły natomiast dobre rezultaty. Bioprinter firmy Techshot z powodzeniem drukował duże ilości ludzkich komórek serca na pokładzie ISS. Również sukcesem zakończyły się testowy druk części ludzkiej łąkotki. Z podobnych powodów, mięso również lepiej hodować w kosmosie. Firma Aleph Farms przeprowadziła w 2019 r. udany eksperyment produkcji mięsa na ISS, we współpracy z 3D Bioprinting Solutions.
Kosmos jest idealny do mieszania metali
Metale i inne pierwiastki nie zawsze dobrze mieszają się w warunkach ziemskiej grawitacji. Nieważkość eliminuje te problemy. Wspomniana już firma Techshot wraz z zespołem naukowców z Uniwersytetu w Pittsburghu prowadzi eksperymenty, podczas których skład stopu będzie topiony w wysokotemperaturowym piecu SUBSA na pokładzie Narodowego Laboratorium ISS w tamtejszym środowisku nieważkości, a następnie zestalany do dalszej analizy.
Kosmos polepszy komunikację i wzrok
Okazuje się, że coraz więcej produktów wykazuje znaczną poprawę jakości, gdy są wytwarzane w środowisku nieważkości. Światłowód ZBLAN jest wykonany ze szkła fluorkowego i jest niezwykle skuteczny w przesyłaniu informacji cyfrowych. Jest jednak trudny do wyprodukowania na Ziemi. Produkcja w stanie nieważkości zapewni znacznie lepszą jakość tych kabli. Spółki Redwire, FOMS oraz Mercury Systems zamierzają produkować włókna ZBLAN na niskiej orbicie okołoziemskiej dla klientów naziemnych. Eksperymentalna produkcja na ISS zakończyła się sukcesem.
Podobnie rzecz się ma z delikatnymi implantami, jak na przykład siatkówka oka. Sztuczna siatkówka składa się z ponad 100 warstw. Grawitacja ziemska przyczynia się do nieefektywnego i nieregularnego odkładania się białek, zmniejszonej jednorodności implantu, a ostatecznie do gorszych parametrów sztucznej siatkówki. Firma LambdaVision opracowała implant siatkówki na bazie białka. Dzięki brakowi prądów sedymentacyjnych i konwekcyjnych firma uzyskała w środowisku nieważkości zwiększoną jednorodność warstw siatkówki z mniejszą liczbą defektów lub ich brakiem.
Szanse na bio-produkcję na niskiej orbicie okołoziemskiej
Dzięki Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) badacze mogą prowadzić badania (R&D) w warunkach trwałej mikrograwitacji, m.in. badania w zakresie inżynierii tkankowej i medycyny regeneracyjnej, w tym badania nad proliferacją i różnicowaniem komórek macierzystych, biofabrykacją oraz modelowaniem chorób przy użyciu systemów mikrofizjologicznych (MPS).
Tankowanie na orbicie
Rakiety muszą przewozić bardzo dużą ilość paliwa na każdy etap lotu. Początkowo materiał napędowy będzie pochodził z Ziemi, ale docelowo może być wydobywany z Księżyca i asteroid. Orbit Fab oferuje dostawy paliwa dla satelitów w przestrzeni cislunarnej i zestaw do dokowania „samojeżdżących satelitów”.
Polak w kosmosie
Kolejne podmioty i firmy z naszego regionu, w tym polskie, są gotowe i mają potencjał, by brać udział w skomercjalizowanym wyścigu kosmicznym. Rosnąca konkurencja rodzi jednak nowe wyzwania, potrzeby i pytania. W jakim obszarze możemy zbudować naszą przewagę? Jaka powinna być rola agencji i instytucji państwowych?
Według Polskiej Agencji Kosmicznej naszym priorytetem w najbliższych latach wciąż będzie obserwacja Ziemi z kosmosu, wykorzystanie danych satelitarnych, nawigacji i telekomunikacji, bezpieczeństwo kosmiczne oraz konstruowanie aparatury do realizacji badań naukowych. Zgodnie ze słowami prezesa Polskiej Agencji Kosmicznej “budowanie samodzielne dużych misji kosmicznych nie jest już opłacalne. Lepiej to robić wspólnie w ramach Europejskiej Agencji Kosmicznej, której jesteśmy członkiem. Polskie firmy już dziś biorą udział w dużych misjach“.
W Polsce trwają działania mające na celu zjednoczenie rynku kosmicznego wokół konkretnej osi aktywności i państwowej firmy EXATEL, która jest nadal na etapie budowania swojej obecności w sektorze kosmicznym, ale chce skupić wokół siebie i koordynować wykorzystanie potencjału mniejszych, prywatnych podmiotów branżowych.
Polski rynek kosmiczny składa się ze stosunkowo małych firm, które utrzymują się głównie z grantów. Są jednak też firmy finansowane przez fundusze venture capital, np. SatRevolution. Działają też na rynku zagraniczni gracze, którzy oferują polskim, małym podmiotom badawczo-rozwojowym, czy produkcyjnym uczestnictwo w sektorze kosmicznym. Jest to na przykład Sener Aespacial, której polska spółka zależna od 2012 roku skupia się na tworzeniu innowacyjnych rozwiązań z zakresu inżynierii kosmicznej dla najważniejszych projektów ESA, NASA oraz ESO. Sener Polska specjalizuje się w mechanizmach rozkładających i przytrzymujących, niezbędnych do transportu pojazdów kosmicznych w ładowniach rakiet nośnych oraz późniejszego rozłożenia paneli słonecznych, anten i instrumentów pomiarowych. Ponadto spółka koncentruje się na urządzeniach do montażu satelitów, które służą m.in. do precyzyjnego przemieszczania satelity w celu umożliwiania dostępu technikom oraz transportu do komór testowych i ładowni. Tylko kilka firm w Europie projektuje tego typu urządzenia. Sener Polska współpracuje z ponad 50 podmiotami z całego kraju, dzieląc się z nimi znaczną częścią wartości projektów oraz wiedzą o specyfice technologii kosmicznych.
Kolejny przykład to Thales Alenia Space. Firma ta prowadzi projekty z polskimi firmami przemysłowymi pragnąc wdrożyć i zbudować łańcuch dostaw w pewnych sektorach, w tym w działalności kosmicznej. Jednym z przykładów jest współpraca TASP ze Śląskim Centrum Naukowo-Technologicznym Przemysłu Lotniczego (SCNT PL) – do którego zostały przetransferowane technologie procesu produkcji paneli kompozytowych i aluminiowych, służących do produkcji seryjnej satelitów klasy SpaceBus Neo.
Polski sektor kosmiczny w liczbach
Według danych Polskiej Agencji Kosmicznej na 2020 r. polski sektor kosmiczny składa się z 331 podmiotów, z których 79% stanowią przedsiębiorstwa, natomiast 21% to centra badawczo – rozwojowe oraz uczelnie wyższe. Spośród podmiotów przemysłowych 60% to małe i średnie przedsiębiorstwa. Znaczna część tych podmiotów (74%) rozpoczęła działalność po 2001 roku. W branży pracowało ok 11,6 tys. pracowników w 2019 r.
W ramach Szybkiej Ścieżki – Technologie Kosmiczne finansowanej z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju 15 projektów otrzymało dofinansowanie na łączną kwotę 143, 8 mln zł. W ramach innych programów NCBiR sfinansowano dodatkowo ponad 40 projektów. Z kolei Narodowe Centrum Nauki w okresie 2015 – 2020 sfinansowało ponad 300 projektów na łączną kwotę 212 mln zł.
Dzięki współpracy międzynarodowej np. z Europejską Agencją Kosmiczną w ramach programu PLIIS, dofinansowano 210 działań na około 65 mln EUR. Dodatkowo w latach 2015 – 2020 przeznaczono ponad 60 mln euro na programy opcjonalne oraz ponad 50 mln EUR na programy obowiązkowe. Natomiast w czasie funkcjonowania programu Horyzont 2020 dofinansowano 39 projektów na łączną kwotę 12,75 mln EUR.
Polska Strategia Kosmiczna i Krajowy Program Kosmiczny
Od 2012 r. Polska jest członkiem Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Polska ma też własny program kosmiczny, proponowany i z większym lub mniejszym powodzeniem realizowany przez rząd i Polską Agencję Kosmiczną.
Polska Strategia Kosmiczna
Polska Strategia Kosmicznej została przyjęta w styczniu 2017 r. Jej akty wykonawcze powinny być prezentowane w formie przyjmowanego na kolejne lata Krajowego Programu Kosmicznego. Główne cele Polskiej Strategii Kosmicznej krążą wokół technologii satelitarnej, zarówno jeżeli chodzi o jej wykorzystanie w administracji państwowej, jak i rozwój, także przy współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną. Polska wciąż znajduje się na początku ścieżki do osiągnięcia istotnej pozycji w sektorze kosmicznym. Dlatego cele strategii obejmują też tworzenie warunków rozwoju i wzrost konkurencyjności sektora.Obecnie mówi się, że jednym z obszarów, w którym Polska mogłaby zdobyć znaczącą pozycję w sektorze jest program usuwania kosmicznych odpadów z okołoziemskiej orbity.
Pierwszy Krajowy Program Kosmiczny miał obowiązywać w latach 2019-2021, w praktyce jednak nigdy nie został przyjęty do realizacji, ze względu na, jak stwierdził NIK, nierzetelne przygotowanie przez Polską Agencję Kosmiczną części dotyczącej finansowania programu. Obecnie przygotowywany jest kolejny – na lata 2022-2026. W sierpniu ubiegłego roku zakończyły się jego publiczne konsultacje. W opublikowanym projekcie Krajowego Programu Kosmicznego określono cztery priorytety realizacji: budowę zdolności konstruowania i wynoszenia obiektów kosmicznych, Systemu Satelitarnej Obserwacji Ziemi MikroGlob System, Narodowego Systemu Informacji Satelitarnej (NSIS) i rozbudowę Narodowego Systemu Bezpieczeństwa Kosmicznego.
Jednak grupa zaangażowanych przedstawicieli Stowarzyszenia Polskich Profesjonalistów Sektora Kosmicznego (PSPA – Polish Space Professionals Association) dość krytycznie ocenia realizację strategii. Według nich na 13 wskaźników przewidzianych w PSK do realizacji w perspektywie 2020 roku, zrealizowano w pełni 4 wskaźniki, które były stosunkowo łatwe do realizacji lub też zrealizowane zanim PSK została uchwalona. Utworzono stację odbioru danych satelitarnych z systemu Copernicus, w ramach projektu Sat4Envi, repozytorium danych satelitarnych oraz nowe kierunki kształcenia wyższego o tematyce kosmicznej i program staży i praktyk w firmach kosmicznych. Częściowo opracowano jeszcze jeden wskaźnik, czyli koncepcję architektury przyszłego systemu SSA/SST.
Postępy w realizacji Polskiej Strategii Kosmicznej w 2021
Z kolei bazując na doniesieniach Polskiej Agencji Kosmicznej rok 2021 przyniósł pewne postępy związane z zaangażowaniem polskich firm oraz ośrodków badawczych w kosmiczne projekty. Podpisano deklarację Artemis Accords, która daje Polsce możliwość udziału w wielostronnych programach NASA, dotyczących eksploracji Księżyca, Marsa i innych ciał niebieskich. Agencja koordynuje udział polskich firm w misjach NASA Arcus i Gamow Explorer, których celem jest m.in. badanie Wszechświata w zakresie promieniowania rentgenowskiego oraz najodleglejszych błysków gamma oraz projektach badawczych Australii. Jak zauważa Agencja zwiększono udział naszych przedstawicieli w delegacji do Europejskiej Agencji Kosmicznej i działamy tam coraz aktywniej. Uruchomiono konsultacje z krajowym sektorem kosmicznym, aby wypracować rekomendację dotyczącą udziału Polski w programach ESA.Ponadto polscy eksperci biorą czynny udział w pracach licznych międzynarodowych organizacji.
W zakresie współpracy międzynarodowej Agencja utwierdziła pozycję Polski w Konsorcjum EU SST (organizowana przez POLSA globalna sieć sensorów obserwujących zagrożenia na orbicie uzupełniona została o nowe elementy w Polsce i w Grecji), potwierdzono również obecność POLSA w nowym Partnerstwie ds. SST. W ramach projektu Entrusted przeprowadzono badania ankietowe wśród administracji publicznej na temat potrzeb związanych z usługami bezpiecznej łączności satelitarnej i kilka akcji mających na celu integrację środowiska i edukację.
2021 w polskiej branży kosmicznej
W Związku Pracodawców Sektora Kosmicznego (ZPSK) zrzeszonych jest obecnie ponad 70 podmiotów. Wśród nich są duże, średnie i małe przedsiębiorstwa oraz instytuty badawcze. Zrzeszone w Związku firmy zatrudniają ok. 6 tys. pracowników. Co ciekawe, jak wyliczył związek, polskie firmy brały udział w 77 misjach kosmicznych od 1970 r.
W latach 2014 – 2020 łączna wartość kontraktów Europejskiej Agencji Kosmicznej dla członków ZPSK wyniosła 94,2 mln EUR. Zrzeszone firmy generują rocznie 1,8 mld zł przychodów. Wśród 72 członków, 27 to mikroprzedsiębiorstwa, 22 małe firmy, 7 średnich firm, 10 dużych firm i 6 instytutów naukowych.
Satelitarne ambicje polskich podmiotów
Największe nadzieje polskich firm pokłada się w budowie nano- i mikrosatelitów.
PIAST (Polish ImAging SaTellites)
PIAST jest narodowym projektem prowadzonym w ramach rządowego programu SZAFIR, którego założeniem jest wykorzystanie potencjału współpracy jednostek naukowych oraz prywatnych przedsiębiorców na rzecz rozwoju rozwiązań kluczowych dla bezpieczeństwa i obronności. Rozpoczęcie prac inżynieryjnych i właściwej budowy satelitów ogłoszono oficjalnie w sierpniu 2021 r. Projekt jest finansowany ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBR). Realizuje go konsorcjum firm oraz instytucji naukowo-badawczych: Creotech Instruments, Centrum Badań Kosmicznych PAN, Scanway, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Lotnictwa, PCO S.A. – spółka Polskiej Grupy Zbrojeniowej, pod przewodnictwem Wojskowej Akademii Technicznej (WAT). Celem projektu jest stworzenie pierwszych zbudowanych w Polsce instrumentów narodowego systemu satelitarnej obserwacji Ziemi na potrzeby Sił Zbrojnych RP.
EagleEye
To projekt mikrosatelitarny polskiego konsorcjum przemysłowo-badawczego pod kierownictwem Creotech Instruments i udziałem Scanway oraz Centrum Badań Kosmicznych PAN. Projekt otrzymał na początku 2020 r. dofinansowanie w kwocie 29,8 mln PLN z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Zamiarem konsorcjum jest wystrzelenie pierwszego instrumentu EagleEye w 2023 roku. Mikrosatelita ma zostać umieszczony na niskiej orbicie okołoziemskiej i zapewnić wysokiej rozdzielczości obrazy Ziemi.
UVSat
Kolejny projekt to mikrosatelita UVSat, polski system naukowy do obserwacji w paśmie ultrafioletu, o masie 40 kg i oparty na platformie HyperSat. Projekt ponownie prowadzi Creotech Instruments z udziałem Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika. UVSat miałby być gotowy do wystrzelenia w ciągu najbliższych 3 lat.
STAR VIBE
W grudniu 2021 r. ogłoszono też prace nad polsko-niemieckim projektem satelity STAR VIBE, misji przygotowywanej przez Scanway we współpracy z German Orbital Systems. Celem projektu jest wyniesienie na orbitę demonstratora technologicznego w formacie Cubesat 6U – z ładunkiem optycznym Scanway zawierającym wysokorozdzielczy teleskop optyczny oraz system do autoinspekcji i autodiagnostyki wizyjnej. Misja ma wystartować już na przełomie czerwca i lipca 2022 roku z wykorzystaniem rakiety Falcon 9.
Polskie firmy kosmiczne łączą siły
Pod koniec 2021 roku zawiązał się Klaster Technologii Kosmicznych (KTK), w którego skład weszło dwadzieścia polskich przedsiębiorstw, organizacji i instytucji naukowo-badawczych. Klaster powstał z inicjatywy Samorządu Województwa Podkarpackiego, państwowej spółki EXATEL, Politechniki Rzeszowskiej oraz Państwowej Wyższej Szkoły Techniczno-Ekonomicznej w Jarosławiu. Klaster ma koordynować i rozwijać zasoby oraz kompetencje związane z techniką i technologiami kosmicznymi. Ma zapewnić dostarczanie na rynek składników systemów satelitarnych.
Misje naukowe i programy obowiązkowe ESA
Szereg rodzimych podmiotów jest beneficjentami programów Europejskiej Agencji Kosmicznej, takich jak Science Core Technology Programme oraz PRODEX, a także posiada kontrakty z ESA na przygotowanie mechanizmów, struktur czy technologii do takich misji jak ATHENA, ARIEL i JUICE. Ponadto mają też dojść do skutku przyszłe misje: Comet, EnVision, ATHENA L2, LISA czy Voyage.
Długoterminowy plan ESA na najbliższe lata zakłada: zacieśnienie współpracy z Unią Europejską, zwiększenie komercjalizacji technologii, zwłaszcza w obszarze „Zielonego Ładu” oraz „Europy Cyfrowej”, wzmocnienie zastosowań na rzecz bezpieczeństwa i ochrony ludności, zdefiniowanie głównych programowych wyzwań w działalności agencji oraz dopełnienie przewidywanej „transformacji ESA”.
Obecnie w przygotowaniu są m.in. misje satelitów Sentinel-2 kolejnej generacji, jak również: Φ-SAT 2, IOS czy wspomniane Comet Interceptor oraz LISA. Agencja tworzy też warunki do akumulację innowacji technologicznych, platformę OSIP (Open Space Innovation Platform), umożliwiającą w sposób otwarty i skoordynowany społecznościowe rozwijanie i konsultowanie nowatorskich pomysłów na badania i działalność kosmiczną.
Branża może ubiegać się o udział w dotychczasowych programach GNSS (EGNOS i Galileo), jak również programie obserwacji Ziemi Copernicus, programu GOVSATCOM na rzecz rządowej łączności satelitarnej, a także systemu obserwacji przestrzeni kosmicznej i monitorowania ruchu satelitów EUSST. Duża część nowych kontraktów będzie prowadzona w ramach programu Horyzont Europa (na lata 2021-27). Z jego środków planuje się finansowanie prac nad nowymi aplikacjami do łączności satelitarnej, zarządzania kryzysowego, obserwacji Ziemi czy demonstracjami systemu GOVSATCOM.
Małe i średnie przedsiębiorstwa mogą korzystać też z inicjatywy CASSINI Space Entrepreneurship Initiative – nowego elementu unijnego wsparcia dla małych i średnich przedsiębiorstw, którego głównym narzędziem będzie fundusz zalążkowy o wartości 1 mld EUR. Środki z niego będą mogły być przeznaczone na organizowanie inicjatyw typu: hackathon, mentoring, akcelerator biznesowy – będą wśród nich także inne formuły wsparcia.
Powrót ludzi na Księżyc i rozszerzenia eksploracji kosmosu
Polska dołączyła do innych sygnatariuszy Artemis Accords takich, jak: Australia, Brazylia, Kanada, Włochy, Japonia, Korea, Luksemburg, Nowa Zelandia, Ukraina, ZEA i Wielka Brytania. Kolejnym krokiem będzie Umowa Ramowa o Współpracy Kosmicznej między Rzecząpospolitą Polską a USA, nad którą obecnie trwają prace. Porozumienie da Polsce możliwość udziału w wielostronnych programach NASA, dotyczących eksploracji Księżyca, Marsa i innych ciał niebieskich.
Podsumowanie
Pomimo przyspieszenia prac nad eksploracją i przygotowaniach do eksploatacji kosmosu w ostatnich latach, szerokiego zaangażowania podmiotów komercyjnych, miliardów dolarów płynących na finansowanie podmiotów z tego sektora i obniżenia kosztów wynoszenia rakiet, nie widać na razie przełomowych postępów, które w znaczący sposób przybliżałyby nas do “zdobycia” kosmosu. Wciąż jesteśmy zaledwie na początku drogi.
Jednak przemysł kosmiczny stanowi coraz bardziej znaczącą część światowej gospodarki. To także pole rozwijającego się ponownie wyścigu o dominację w kosmosie, który okazuje się coraz bardziej strategicznie ważną przestrzenią zarówno dla obronności jak i biznesu. A to za sprawą – wiodącego postępu jak dotąd w przemyśle kosmicznym – przemysłu satelitarnego, bardzo istotnego dla łączności, szeroko pojętego bezpieczeństwa, działalności komercyjnej oraz monitorowania naszej planety.
Natomiast na wydobywanie surowców czy możliwość osiedlania się poza naszą planetą przyjdzie nam najprawdopodobniej jeszcze długo poczekać.
Co może zakłócić aktualną dynamikę rozwoju sektora?
Podobnie jak w przypadku innych komercyjnych branż obecne tempo rozwoju sektora może się zmienić w wyniku spowolnienia lub kryzysu gospodarczego, wywołanych chociażby obecną wojną na Ukrainie czy pandemią. Ponadto zagrożenie agresją ze strony Rosji może doprowadzić do wzrostu wydatków na uniezależnienie się Europy od rosyjskich surowców oraz na zbrojenie. To również może spowodować odpływ funduszy dostępnych dotychczas dla sektora kosmicznego. Pozytywnie na sektor może z kolei wpłynąć zagrożenie potencjalną wojną w kosmosie. Jak dotąd cztery państwa – Stany Zjednoczone, Rosja, Chiny oraz Indie – opracowały i przetestowały kinetyczną fizyczną broń antysatelitarną, której dotychczas żadne z państw nie użyło przeciwko satelitom innego państwa.
Należy też pamiętać, że gospodarka kosmiczna ma wielu przeciwników, którzy twierdzą, że odwraca tylko uwagę od istotnych problemów na Ziemi jak chociażby zmiany klimatyczne czy wyżywienie rosnącej populacji naszej planety. Według nich środki przeznaczane na eksplorację i eksploatację kosmosu powinny zostać przeznaczone na walkę z tymi problemami. W miarę postępu ocieplenia klimatu opinie te mogą zyskać na popularności i przyczynić się do zmniejszenia dynamiki rozwoju sektora kosmicznego lub wręcz odwrotnie, przekonać o nieodwracalności zmian i konieczności ucieczki z Ziemi. Trend ten w obu przypadkach może wspomagać rosnący popyt na czystą energię, który zachęca do szukania możliwości “zbierania” energii w kosmosie.
Problemem mogą okazać się też kosmiczne śmieci i brak efektywnych możliwości ich usuwania. Szczególnie łatwo wyobrazić sobie to jako skutek konfliktu w kosmosie i uszkadzania obecnych tam już satelitów.
Rozwój sektora, szczególnie przemysłu satelitów, wspiera galopująca cyfryzacja, której rozwój może zahamować brak energii do magazynowania i przetwarzania danych po r. 2040. Duże nadzieje dla sektora kosmicznego pokłada się w informatyce kwantowej. Obecne prace koncentrują się na kwantowym podejściu do problemów optymalizacyjnych w takich zastosowaniach, jak kontrola ruchu lotniczego, planowanie i harmonogramowanie misji, autonomia maszyn, diagnostyka usterek i projektowanie wytrzymałych systemów.
###
Amerykańska Federal Aviation Administration będzie wkrótce przyznawać licencje astronautom komercyjnym w taki sam sposób, w jaki przyznaje je pilotom komercyjnym. Blue Origin, we współpracy z Boeingiem, Sierra Space i innymi firmami, pracuje nad projektem Orbital Reef, który będzie pierwszą prywatną stacją kosmiczną. Nanoracks i Lockheed Martin budują inną prywatną stację, Starlab. W fazie rozwoju znajduje się również stacja Axiom Space.
W kosmos zagląda też już shared economy w postaci rocketsharingu. Spaceflight Inc. wykupiła całą dostępną przestrzeń ładunkową na rakiecie SpaceX Falcon 9, aby obsługiwać klientów, którzy będą chcieli wynosić w kosmos własne ładunki. Firma wyprodukowała też własny pojazd z napędem chemicznym o nazwie Sherpa-LTC1, który zostanie wysłany w kosmos w tym roku. Natomiast firma Loft Orbital w ramach ridesharing wystrzeliła dwa mikrosatelity wraz z 10 ładunkami od klientów rządowych i komercyjnych. Loft planuje zaoferować obliczenia brzegowe (edge computing) jako część swojej usługi, pozwalając komputerom pokładowym na przetwarzanie zebranych danych i wykonywanie autonomicznych decyzji i zadań, zamiast polegać na serwerach naziemnych.
Chiny, poza aktywnymi działania w zakresie eksploracji i komercjalizacji kosmosu, planują też kontynuację projektu kosmicznego Internetu Rzeczy, zaprezentowały nowy schemat konstelacji teledetekcyjnej oraz kontynuują program Kuaizhou, rodzinę tanich rakiet nośnych na paliwo stałe, przeznaczonych do wynoszenia satelitów na niskie orbity.
