Kolonizacja Marsa

Artur Patrzylas: Elon Musk przedstawił niedawno szczegóły swojej wizji kolonizacji Marsa. Jej podstawą ma być budowa osiedli chronionych za pomocą szklanych kopuł, w których wnętrzu mają zostać stworzone warunki umożliwiające ludziom przeżycie. Jaka jest wartość tego projektu z naukowego punktu widzenia?

Tomasz Rożek: Trudno mówić o jakiejkolwiek wartości tej koncepcji, biorąc pod uwagę, że obecnie nie istnieje większość, a może żadne technologie, które pozwoliłyby ją zrealizować. Nie mamy możliwości tak dalekiego lotu, nie wiemy jak człowiek będzie zachowywał się podczas tak długiego przebywania w przestrzeni kosmicznej, lądowanie na Marsie nie zawsze kończy się sukcesem, a budowa tam dużych obiektów jest fantastyką naukową. Jeżeli mielibyśmy podjąć się takiej konstrukcji, to musiałaby ona odbyć się na miejscu, bowiem transportowanie na taką odległość dużych i ciężkich materiałów przekracza możliwości posiadanych przez nas technologii.

Pomysły Muska są atrakcyjne, problem polega jednak na tym, że jeszcze długo nie zostaną zrealizowane. Z drugiej strony, gdyby nie wizjonerzy, to być może nadal żylibyśmy w jaskiniach. Dokonywanie postępu rozpoczyna się zawsze od przekraczania mentalnych granic. Naukowcy czy ludzie posiadający ogromną wiedzę na jakiś temat czasami nie popychają nas do działania, ponieważ wielu z nich tak bardzo zagłębiło się we własnej naukowej niszy, że nie dostrzegają szerszego obrazu. Warto więc wsłuchiwać się w głosy osób, które w ogóle nie są zafiksowane na jednym temacie, posiadają natomiast wizje typu „wybudujmy kopuły na Marsie”. Dzisiaj oczywiście tego nie zrobimy. Pamiętajmy jednak, że przełomowe dokonania opierają się na wielu filarach i są połączeniem unikatowych wizji osób nie mających świadomości na temat niemożliwości dokonania czegoś, z wiedzą ludzi, którzy mogą im nadać konkretny kształt. Wizja Muska ma więc naukową wartość w sensie nadawania kierunku dalszym pracom i dążeniom.

Musk rozważa też terraformowanie Czerwonej Planety. Mars jest uznawany za najlepszą do tego planetę. Na czym miałby polegać ten proces?

Budowanie kopuł jest bajecznie prostym zadaniem w porównaniu do terraformingu. Terraforming to koncepcja zakładająca, że możliwe jest takie przekształcenie Czerwonej Planety za pomocą metod geoinżynieryjnych czy biologicznych, by przypominała ona Ziemię. Istnieje sporo teoretycznych koncepcji terraformingu. Wspomniany Musk wymyślił na przykład, by zrzucić na marsjańskie bieguny jądrowe bomby, co spowoduje uwolnienie dużych ilości pary wodnej i metanu do jego atmosfery, zagęszczając i podnosząc jej temperaturę, co aktywuje życiowe procesy. To kompletnie niedorzeczny pomysł, chociażby dlatego, że taki wybuch doprowadziłby do ogromnego radioaktywnego skażenia.

Muska charakteryzuje pewien rodzaj nadaktywności, który sprawia, że dzieli się często z opinią publiczną pomysłami, które nie są oparte na wiedzy. Niektóre z nich są sensowne, natomiast inne kompletnie bezwartościowe z naukowego punktu widzenia. Biznesmen osiąga wspaniałe sukcesy ze SpaceX, ale jest to w dużej mierze możliwe dlatego, że otacza się najlepszymi na świecie inżynierami i naukowcami. Nie jest wariatem, który mówi ciągle bzdury, ale wizjonerem niosącym cały negatywny bagaż charakteryzujący osoby należące do tej grupy.

Z Marsem jest jeden podstawowy problem: nie posiada pola magnetycznego, które utracił. Jest to mała planeta, znacznie uboższych rozmiarów niż Ziemia. Zbyt mała, by posiadać aktywny „magnetyczny silnik”. Utrata pola magnetycznego była początkiem końca Marsa jako żywej planety, bowiem chroni ono atmosferę, rozciągając nad planetami coś na kształt ochronnego parasola. Mars nie posiada więc osłony przed naładowanym elektrycznie cząstkami pochodzącymi ze Słońca, które w okresach jego wzmożonej aktywności jest zatrzymywane przez pole magnetyczne. Gdyby Ziemia nie posiadała takiego „parasola”, to wzmożona aktywność Słońca doprowadziłaby do znacznego zubożenia atmosfery. Mars ma ponadto słabą grawitację, która odpowiedzialna jest za utrzymywanie atmosfery przy powierzchni planety. To ogromne problemy. Nawet jeśli przyśpieszymy loty na Marsa i uzyskamy dostęp do tamtejszej wody (której jest na nim dużo, na przykład zamkniętej w minerałach), to czy będziemy w stanie wytworzyć sztuczne pole magnetyczne dla całej planety? Brzmi to obecnie jak totalne SF. Nawet jeśli uda nam się w jakiś sposób wytworzyć atmosferę na Marsie, to niemożliwe będzie jej utrzymanie przy powierzchni. Jeżeli człowiek będzie żył kiedykolwiek na tej planecie, to trudno mi sobie wyobrazić sytuację, że będzie to możliwe na otwartej przestrzeni. Będziemy funkcjonowali albo pod ziemią, albo w czymś na kształt wspomnianych kopuł.

Natomiast ogromną zaletą Marsa jest jego bliskość wobec Ziemi. Poza tym jest planetą skalistą, w przeciwieństwie do gazowych, na których trudno wyobrazić sobie jakąkolwiek eksplorację. Mars znajduje się na skraju strefy życia, tzn. jest na tyle nasłoneczniony, że nie występują na nim ekstremalnie niskie temperatury. Wenus jest dużo trudniejszą do eksploracji planetą od Marsa, chociaż ma korzystniejszą dla ludzi od niego atmosferę i wielkością przypomina naszą planetę, jednak występują tam ekstremalnie wysokie temperatury. Mars jest naszą jedyną opcją, no chyba, że nauczymy się podróżować nieporównywalnie, dziesiątki razy szybciej, niż obecnie. Wtedy możemy myśleć o badaniu czy kolonizowaniu planet spoza Układu Słonecznego. Uważa się, że istnieją poza nim planety przypominające Ziemię, jednak obecnie jesteśmy zdolni jedynie do ich obserwacji i wnioskowania na podstawie pośrednich badań na temat ich właściwości.

Wspomniany ekscentryczny miliarder powiedział w jednym z wywiadów, że załogowa misja na Marsa może się odbyć już do 2026 roku. Czy to wykonalne zadanie?

Nie dostrzegam technologii, które by to umożliwiły. Ponownie wracamy do tego, że Musk nie myśli w sposób standardowy, w jaki rozumują agencje kosmiczne. Może to być plusem, ale może też źle się skończyć. Jeżeli w 2026 roku ludzie mają polecieć na Marsa, to już dzisiaj powinniśmy posiadać przynajmniej częściowo przetestowane technologie, które na to pozwalają. Tygodniowy lot na Księżyc ma się odbyć dopiero w 2024 roku, więc obie te daty dzielą tylko dwa lata. W przypadku drugiego z lotów właściwie cała teoretyczno-naukowa podstawa jest jednak solidna.

W przypadku Marsa lot dwóch osób nie wchodzi w grę, ponieważ jest to bardzo długa podróż, a z powodów psychicznych obciążeń załoga musi składać się z wielu osób. Lot na Marsa wymaga potężnej rakiety, kapsuły i lądownika, które pomieszczą wszystkich kosmonautów, ale także zapasy jedzenia i sprzęt potrzebny do kilkumiesięcznego funkcjonowania. Część technologii z pewnością istnieje na papierze, część elementów konstrukcyjnych została przetestowana, ale nie sądzę, by ktokolwiek zdecydował się na wysłanie ludzi w taki lot aż do momentu, gdy wszystkie technologie zostaną dokładnie zweryfikowane. Nie sądzę, by to udało się do 2026 roku.

W tym roku swoje misje na Marsie realizują Chiny, USA oraz Zjednoczone Emiraty Arabskie. Jaki jest ich cel?

Każda z nich ma nieco inny. Najbardziej zaawansowana technologicznie jest amerykańska. W najbliższych tygodniach na Marsie ma wylądować chiński robot, który jest znacznie prostszy od swojego odpowiednika z USA. Misja ZEA w ogóle nie zakłada lądowania na Czerwonej Planecie, bowiem jest wyposażona jedynie w dość prosty orbiter znajdujący się na odległej od tej planety orbicie. Głównym celem tej misji jest przetestowanie technologii i wiedzy naukowców. Co ciekawe, nawet Polska mogłaby wysłać swoją misję na Marsa, bowiem technologicznie jesteśmy do tego gotowi. Szkoda, że z jakiegoś powodu nie mamy takich ambicji.

Głównym zadaniem wspomnianych misji jest poznanie Marsa; zbadanie jego składu, przeszłości geologicznej, śladów życia. Chcemy dowiedzieć się, czy na Ziemi mogą zajść podobne zmiany jak na Marsie. Chcemy znaleźć odpowiedź na pytanie: skąd wzięły się na Marsie geologiczne twory oraz zrozumieć atmosferę tej planety. W zasadzie misje te nie są wyposażone w sprzęt, który umożliwiłby nam badanie zupełnie nowych, nieodkrytych wcześniej obszarów planety, a jedynie już poznanych elementów w inny sposób, co jest niezwykle ważne. Badamy inne obszary, a dokładność badań jest większa, poza tym zyskujemy możliwość porównywania pomiarów. Zbieramy puzzle, które składają się na naszą wizję Marsa.

Kolejnym aspektem marsjańskich misji jest podejmowanie kolejnych wyzwań. Praca nad sondami jest formą nauki dla zespołów badawczych, nawet jeśli dana misja nie dokonuje przełomowych odkryć. Badania prowadzone w ramach kosmicznych projektów dostarczają na przykład licznych danych, które są wykorzystywane potem w procesie edukacji.

na zdj. dr Tomasz Rożek / Materiały prasowe / autor: Marcin Giba

Spieniężyć kosmos. Czy to się opłaca?

Spójrzmy na kolonizację z biznesowego punktu widzenia. Czy na Księżycu lub Marsie znajdują się cenne zasoby, które można wydobywać i czy może być to opłacalne przedsięwzięcie w perspektywie kilku, kilkunastu lat?

Na Księżycu znajdują się na przykład izotopy helu, które moglibyśmy pozyskiwać. Czy jest to opłacalne? Spekuluje się, że tak. Potwierdzają to inwestycje wielu firm, które określa się mianem górnictwa kosmicznego. Źródłem cennych zasobów może być nie tylko Księżyc i Mars, ale też chociażby planetoidy. Powstają i są realizowane projekty polegające na ściganiu obiektów kosmicznych, lądowaniu na nich, pobieraniu z nich zasobów i transportowaniu ich na Ziemię.

Interesujący nas problem ma dwa zasadnicze aspekty. Z jednej strony dążymy do poszerzania naszej wiedzy na temat eksplorowanych obiektów. Z drugiej jednak, gdy już stworzymy odpowiednio zautomatyzowane technologie badania czy pozyskiwania fragmentów różnych obiektów, to bardzo szybko znajdują one zastosowanie na Ziemi. Przykładem może być przemysł samochodów autonomicznych, który z dużym zainteresowaniem spogląda na rozwiązania stosowane w kosmicznych projektach.

Przykładem górnictwa kosmicznego może być pozyskiwanie metali ziem rzadkich, które są kluczowe dla produkcji elektroniki czy akumulatorów do aut elektrycznych. Chiny są przykładem kraju, który mocno inwestuje w ten obszar, a poza tym w dość dużym stopniu monopolizuje rynek metali ziem rzadkich na Ziemi. Warto zaznaczyć, że kosmiczny wyścig nie jest sprintem. Przypomina raczej bieg przełajowy bez mapy. Nie wiemy, w jakim kierunku rozwinie się technologia i w co powinniśmy inwestować, jednak najgorszą strategią jest stanie w miejscu. Być może górnictwo metali rzadkich w kosmosie okaże się ślepą uliczką. Być może koszty okażą się zbyt wysokie. Trendy występujące dziś w przemyśle kosmicznym podpowiadają mi jednak, że spadną one na tyle, by pozyskiwanie niektórych minerałów stało się opłacalne. W końcu może się okazać, że choć autonomiczne moduły kopalniane powstaną z myślą o eksploracji kosmosu, to jednak będą wykorzystywane głównie na Ziemi, w górnictwie, na terenach trudnodostępnych, np. w okolicach ziemskich biegunów.

Moglibyśmy godzinami opowiadać o historii technologii, które na początku wydawały się bzdurne, ale ostatecznie okazały się wielkim sukcesem.

"Gwiezdne wojny", czyli kosmiczny wyścig zbrojeń

Czy mamy do czynienia z początkiem kosmicznego wyścigu zbrojeń? Które kraje prowadzą na tę chwilę w tej rywalizacji?

Ja zapytam ˗ czy ten technologiczny wyścig kiedykolwiek się zatrzymał? Rywalizacja w przemyśle kosmicznym jest bardzo dynamiczna, a liczba znaczących graczy zmienia się w czasie, podobnie jak ich potencjał. Nie posiadamy dokładnej wiedzy na temat liczby krajów rozwijających technologie kosmiczne czy ich potencjału w tym obszarze. Dużym zaskoczeniem dla wielu obserwatorów było wysłanie misji na Marsa przez ZEA. Nie oznacza to oczywiście, że zagrażają one Chinom czy USA, ale jest sygnałem, że takie badania można prowadzić w wielu krajach.

Trudno jest uszeregować potencjał kosmiczny poszczególnych państw, ponieważ rywalizują one między sobą w wielu obszarach. Chociaż Rosja nie ma z pewnością takiego potencjału sektora kosmicznego jak USA, to Amerykanie przez wiele lat byli uzależnieni od rosyjskiej starej technologii oraz radzieckich rakiet, które wykorzystywały do lotów na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Największe mocarstwo kosmiczne świata nie posiadało więc długo technologii umożliwiających podróże na bliską orbitę okołoziemską. Zyskali taką możliwość dopiero w 2020 roku dzięki prywatnej firmie SpaceX. Rosja to jednak potęga kosmiczna jedynie w historycznym sensie – niedofinansowana i rozwijająca niewielką liczbę nowych technologii.

Bardzo szybko rozwija się przemysł kosmiczny Chin. Postępów, które innym krajom zajmowały lata, Chińczycy dokonują miesiącami. Lądowanie robotów z tego kraju na Księżycu, a niedługo po tym na odwróconej stronie Księżyca (co jest trudnym zadaniem, ponieważ jest ona nieskomunikowana z Ziemią) robi wrażenie. Nie mam całkowitej pewności, czy pierwszymi ludźmi na Marsie nie będą przypadkiem Chińczycy. Zakładam, że będą to Amerykanie, ale kosmiczny rozwój Chin jest naprawdę bardzo szybki.

Jakich przełomowych technologii wykorzystywanych na innych polach dostarczył przemysł kosmiczny?

Analizując to zagadnienie zdziwiłem się, jak wiele jest technologii, które były tworzone wyłącznie z myślą o kosmicznych misjach, ale znalazły zastosowanie w innych obszarach. To chociażby (niemal w całości) smartfon, gąbka poliuretanowa stosowana w łóżkowych materacach, wiele technologii wykorzystywanych w samochodach czy komputerach. To przemysł kosmiczny był podstawą wszystkich badań na temat technologii rozwoju baterii i akumulatorów, z jakich obecnie korzystamy. Wszystkie dotykowe ekrany i aparaty fotograficzne zawdzięczamy przemysłowi kosmicznemu. Cała komunikacja, meteorologia, a coraz częściej także rolnictwo, są oparte o systemy satelitarne. Przemysł technologii ubieralnych (ang. wearable devices) ma swoje źródło w badaniach kosmosu. W miejscu w którym teraz jestem, gdziekolwiek spojrzę, widzę urządzenia, które nie powstałyby, gdybyśmy nie inwestowali w podbój kosmosu.

Kosmiczna geopolityka

Spójrzmy na rozwój przemysłu kosmicznego w kontekście geopolityki. Czy trwające badania mogą mieć także militarne zastosowanie?

Mówiąc o geopolityce, myślimy zazwyczaj o broni, ale ja postrzegam to zagadnienie znacznie szerzej. Wyobraźmy sobie sytuację, w której jeden z krajów jest wyposażony w technologię pozwalającą pozyskiwać wspomniane wcześniej metale ziem rzadkich w nieograniczonych ilościach. Czy taki kraj potrzebuje wojska, żeby zdominować świat? Czy posiadanie technologii dającej dostęp do krytycznych zasobów nie wystarczy, by podporządkować sobie inne kraje? Współzawodnictwo państw nie odbywa się jedynie na polu technologii wojskowych. Podobne pola, na których toczy się paramilitarna rywalizacja, to na przykład sztuczna inteligencja czy genetyka. We wszystkich tych wyścigach chodzi o uzyskanie przewagi nad konkurencją i pozyskanie technologii czy zasobów, których nie posiadają inne państwa. Moim zdaniem geopolityczną szachownicę powinniśmy postrzegać znacznie szerzej, wykraczając poza wąsko rozumianą sferę militarną. Rozwój technologii kosmicznych ma oczywiście zastosowanie w wojsku. Technologie satelitarne zwiększają możliwości obserwacyjne, a systemy GPS są stosowane do naprowadzania rakiet czy dronów na cele.

Czy broń antysatelitarna to broń przyszłości? Jakie zagrożenie niesie za sobą jej rozwój?

Zgodnie z międzynarodowymi traktatami nie ma prawa istnieć. Wiemy jednak, że niektóre kraje prowadzą badania i testy takiej broni. Chiny realizowały programy w tym zakresie i być może już posiadają takie systemy. Jej działanie będzie zapewne ukierunkowane na obejście obowiązującego prawa, które wyklucza lokowanie broni oraz zestrzeliwanie obiektów na orbicie okołoziemskiej, a więc będzie się raczej opierało na taranowaniu, zderzaniu się obiektów. Nie mam na ten temat z oczywistych względów informacji, ale zakładam, że każde z mocarstw prowadziło programy rozwoju broni antysatelitarnej.

Czy w przyszłości może dojść do konfliktu mocarstw o kontrolę nad Księżycem albo Marsem? Kto ma prawo do eksploatacji kosmosu?

Prawne aspekty kontroli czy użytkowania kosmosu nie są uregulowane. Obowiązujące przepisy mówią, że jest on przestrzenią wspólną i trudno będzie znaleźć eksperta, który wytłumaczy, co to tak naprawdę oznacza w praktyce. Aktualne regulacje powstawały w zamierzchłych czasach, gdy możliwości eksploatacji kosmosu były niewielkie, więc w momencie powstawania były martwym prawem. Obecnie jest to coraz bardziej żywy problem. Nie tylko zresztą w kontekście kosmosu, ale też chociażby ziemskich biegunów i tego, co znajduje się pod nimi. W rozważanym przypadku prawo pojawia się później niż technologia. Kwestie te powinny zostać szybko uregulowane, ale trudno wyobrazić sobie, by można to było zrobić bezkonfliktowo. Prawo kosmiczne zostanie zapewne wykute w praktyce: jeżeli ktoś stworzy technologię wydobycia pewnych surowców, to zapewni sobie tym samym prawo do ich pozyskiwania.

SpaceX wchodzi do gry

Rozwój SpaceX sprawił, że do kosmicznego wyścigu dołączył sektor prywatny. Na czym polega fenomen modelu biznesowego Muska i jego przewaga nad państwowymi agencjami kosmicznymi?

Domyślam się, że główną motywacją Muska jest rzeczywiście zostanie pierwszą osobą, która doprowadzi do kolonizacji Marsa. Jest on też biznesmenem i doskonale wie, jak przekuć tę wizję na konkretne zyski, co świetnie mu się udaje. Działalność SpaceX jest bardzo korzystna dla rozwoju sektora kosmicznego, bowiem zwiększa konkurencję. Generalnie im więcej podmiotów rywalizuje na tym polu, tym lepiej. NASA jest ogromną, ale mało elastyczną agencją. Przewagą SpaceX są przede wszystkim koszty wprowadzanych rozwiązań oraz nowatorskie pomysły. To, że sektor prywatny działa w przemyśle kosmicznym nie jest niczym nowym. Amerykańska Agencja Kosmiczna już od dawna korzysta z komercyjnych automatycznych statków transportowych podróżujących na Międzynarodową Stację Kosmiczną, co pokazuje, że taki łączony model jest skuteczniejszy.

Przewagą SpaceX jest też obniżanie kosztów działalności poprzez wykorzystywanie części zamiennych do pojazdów kosmicznych. Już wcześniej próbowały tego dokonać przy budowie promów duże agencje, ale udało się to dopiero SpaceX.

Jak wejście sektora prywatnego do przemysłu kosmicznego wpłynie na przepływ know-how?

Od dawna toczone są dyskusje na temat otwartego dostępu do wiedzy i technologii. I nie chodzi tylko o kosmos, ale w ostatnich tygodniach także np. o wyniki badań związanych z powstaniem antycovidowych szczepionek. Nie ma wątpliwości, że naukowy rozwój wymaga wymiany informacji. To zagadnienie budzi jednak kontrowersje. Prywatne podmioty inwestują ogromne kwoty w wynalezienie technologii i pozyskanie wiedzy, więc w ich interesie jest generowanie zysku z tej działalności, a nie darmowe dzielenie się zdobyczami. Na własnych technologiach chcą zarabiać i NASA, i Elon Musk. Racjonalnym działaniem (z biznesowego punktu widzenia) jest więc komercjalizacja własnych odkryć i ich patentowanie.

Bardziej skomplikowana jest sytuacja, w której prywatna firma jest dotowana podczas prowadzenia badań z pieniędzy publicznych. Tak było chociażby podczas powstawania wspomnianych szczepionek. Jeszcze trudniej odpowiedzieć na pytanie, czy kraje powinny się dzielić tym, na co wyłożyły pieniądze swoich podatników. Jeżeli tak, to inni w pewnym sensie jadą na gapę. A wracając do kosmosu, warto dodać, że Elon Musk nie prowadzi badań podstawowych, korzystając jedynie z bazy ogólnie dostępnej wiedzy posiadanej przez NASA. Wykorzystuje więc w praktyce pracę, która została wcześniej wykonana za publiczne środki.