Marzenia wysyłane na orbity

Droga do sukcesu jest jednak daleka. W Polsce przychody 350 firm branży kosmicznej sięgają 150 mln zł, gdy wartość światowego rynku to co najmniej 75 mld dol., z czego ponad połowę przypada na USA, przed Chinami, Japonią i Francją.

Mały potencjał młodych przedsiębiorstw branży kosmicznej nie zachęca do dużych inwestycji. Budżet krajowego programu kosmicznego na lata 2019–2021 wynosi 248 mln zł. Narodowe Centrum Badań i Rozwoju przyznało w ramach konkursu #SzybkaŚcieżka – „Technologie kosmiczne” dofinansowanie dla 15 projektów z branży kosmicznej w łącznej wysokości ponad 143 mln zł.

Udział wydatków na technologie kosmiczne w Polsce w stosunku do PKB wynosi 0,01 proc. i jest pięć razy mniejszy niż w Niemczech i 10 razy mniejszy niż we Francji. Francuzi wydają co roku 3 mld euro na technologie kosmiczne. Największy odsetek PKB przeznaczają Rosjanie (0,25 proc.) i USA (0,23 proc.).

Konsultant w Avascent Dominik Kimla przypomina, że w przypadku programu satelitarnego Polska jest zapóźniona. – Polski pierwszy satelita znalazł się w kosmosie dopiero w 2012 roku i to dzięki zapaleńcom. Nanosatelita został zbudowany przez studentów z pomocą pasjonatów ze świata nauki. Państwo było nieobecne, zawodzi w tym obszarze. Inne kraje wypracowały strategię i konsekwentnie ją realizują – podkreśla Kimla.

Przykładem państwa, które, późno startując, znalazło dla siebie dochodowe nisze, jest Luksemburg. W latach 70. przeżywał kryzys spowodowany upadkiem rynku stali. Rząd i przedsiębiorcy podjęli inwestycje w banki i w kosmos. Odnieśli sukces, także eksportowy i luksemburska Astra działa m.in. w Polsce od 1998 roku, a jej sygnał satelitarny odbiera 2,5 mln anten oraz 4 mln domów.

Unijna kroplówka

Bez technologii kosmicznych żadne państwo nie jest w stanie przetrwać. Honorowy przewodniczący Komitet Badań Kosmicznych i Satelitarnych PAN Piotr Wolański uważa, że w kosmos trzeba inwestować. – Żaden kraj, który chce należeć do rozwiniętych, nie może działać bez infrastruktury kosmicznej. Teoretycznie wszystko można kupić, ale podczas kryzysu oferta może zniknąć, zostaniemy bez zdjęć o wysokiej rozdzielczości, sygnału GPS – ostrzega Wolański.

Przyspieszenie rozwoju sektora satelitarnego nastąpiło dzięki przystąpieniu Polski w 2012 roku do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Na podstawie umowy między Rządem RP a ESA, krajowe podmioty uczestniczyły w Programie Wsparcia Polskiego Przemysłu (Polish Industry Incentive Scheme – PLIIS), który po przedłużeniu czasu trwania jeszcze o dwa lata trwał do końca 2019 roku. W ramach tego programu ESA organizowała corocznie konkursy na realizację projektów, w których mogły uczestniczyć wyłącznie polskie podmioty. Dzięki temu nauczyły się procedur, poznały lepiej branżę i środowisko. Od tego roku walczą w unijnych przetargach na zasadach ogólnych.

Raport Polskiej Agencji Kosmicznej za 2018 rok wyjaśnia, że polityka przemysłowa ESA opiera się̨ na zasadzie zwrotu geograficznego (ang. geographical return). W roku 2018 współczynnik całkowitego zwrotu (ang. ESA overall return coefficient) dla Polski został utrzymany na poziomie osiągniętym w roku 2017, tj. na poziomie 1,05. W ośmiu obszarach wykorzystania technologii kosmicznych i satelitarnych rozróżnialnych przez ESA (obserwacja Ziemi, badania naukowe, loty załogowe i eksploracja, transport kosmiczny i technologie powrotu na Ziemię, telekomunikacja satelitarna, nawigacja satelitarna, podstawowe technologie i techniki oraz systemy świadomości sytuacyjnej) Polska osiągnęła w 2018 roku najwyższy współczynnik zwrotu w obserwacji Ziemi tj. 1,27, oraz w nawigacji satelitarnej – 1,13. Są to wartości niższe niż w poprzednich latach (odpowiednio 1,37 i 1,48 w pierwszym kwartale 2017 roku).

Raport PAK wyjaśnia, że ich zmniejszenie wynikało z dążenia do harmonijnego rozwoju wszystkich obszarów, i osiągniecie wysokich wartości jest równoznaczne ze zmniejszaniem możliwości zdobycia dofinansowania w tych obszarach w kolejnych latach w programach przeznaczonych dla polskich podmiotów. Zdecydowanie najmniejszy współczynnik zwrotu geograficznego cechuje obszar transportu kosmicznego, tj. 0,01, i oznacza niewielką aktywność polskich podmiotów w tym obszarze.

Satelity, czujniki, 
kosmiczne młotki

Polskie przedsiębiorstwa i instytuty naukowo-badawcze efektywnie wykorzystały pierwsze lata członkostwa naszego państwa w ESA. Zrealizowały lub realizują dla europejskiej agencji około 330 kontraktów o łącznej wartości ponad 100 mln euro. Wzięły udział w prestiżowych misjach kosmicznych ESA, takich jak: Rosetta – na kometę 67P/Czuriumow-Gierasimienko, Cassini-Huygens – na Tytana, księżyc Saturna, Proba 3 – badająca zewnętrzną warstwę atmosfery słonecznej, ExoMars2016 czy JUICE – do księżyców Jowisza.

Na pokładzie sondy Solar Orbiter pracuje rentgenowski teleskop do rejestracji rozbłysków na Słońcu. Urządzenie opracowali warszawscy i wrocławscy naukowcy z Centrum Badań Kosmicznych PAN wspólnie z kolegami: z Czech, Francji, Niemiec i ze Szwajcarii. Wystrzelona w lutym 2020 roku sonda prześle pierwsze dane w listopadzie 2021 roku.

Dzięki uczestnictwu w programach ESA w kraju rozwijają się kosmiczne specjalizacje, takie jak: robotyka (urządzenia do pobierania próbek z powierzchni ciał niebieskich, czyli kosmiczne młotki), optoelektronika, systemy mikrosatelitarne i integracja małych satelitów czy rakiety suborbitalne.

Fundusze pozyskane z NCBR umożliwią realizację kontraktów w ramach organizacji międzynarodowych takich jak Europejska Agencja Kosmiczna. – Konkurs „Szybka ścieżka” jest najbardziej popularnym konkursem Narodowego Centrum Badań i Rozwoju wśród przedsiębiorców. Efekty tego konkursu przeszły najśmielsze oczekiwania – podkreśla minister nauki i szkolnictwa wyższego Jarosław Gowin.

Na konkurs do NCBR wpłynęły 33 wnioski, z których 15 otrzymało dofinansowanie. Wśród przedsiębiorstw, którym przyznano granty, są takie firmy jak Astronika, Iceye Polska, Progresja Space czy konsorcjum Creotech Instruments z Centrum Badań Kosmicznych PAN. – Wysoki wskaźnik sukcesu (przekroczył 45 proc.), oznacza, że projekty były świetnie przygotowane – przekonuje wiceminister funduszy i polityki regionalnej Anna Gembicka.

Firmy otrzymały dofinansowanie w wysokości od 1,5 mln do ponad 33 mln zł. Najwyższe NCBR przyznał projektowi konsorcjum SatRevolution oraz Politechniki Wrocławskiej na opracowanie usługi obrazowania Ziemi przy użyciu satelitarnej konstelacji REC, czyli Real-time Earth observation Constellation.

Najwyższą liczbę punktów otrzymał projekt Eversis dotyczący systemu wsparcia reagowania na nagłe zjawiska naturalne przez generowanie geoinformacji pozyskanej z automatycznej analizy optycznych i radarowych produktów satelitarnych. Środki na konkurs pochodzą z unijnego programu operacyjnego „Inteligentny rozwój 2014–2020″.

Ochrona przed orbitalnymi śmieciami

Zwrot z udziału w programach ESA to 6–8 euro na każde wydane euro. W przypadku satelitów obserwacyjnych zwrot sięga 46 euro, telekomunikacyjnych 7–10 euro, nawigacyjnych 5–7 euro. W tych sektorach rynek jest podzielony, a konkurencja bardzo silna. Otwierają się jednak nowe możliwości, jak unikanie zderzeń w kosmosie, ostrzeganie przez uderzeniem w Ziemię obiektów kosmicznych oraz poszukiwanie sposobów likwidacji kosmicznych śmieci.

Pod koniec 2018 roku Polska stała się członkiem europejskiego Konsorcjum SST (Space Surveillance and Tracking – obserwacja i śledzenie obiektów kosmicznych). Budżet tego programu może wynieść 250 mln euro. Polska ma 19 teleskopów rozmieszczonych na całej kuli ziemskiej, a dzięki uczestnictwu w projekcie rozbuduje infrastrukturę, tworząc sieć teleskopów (czujników) oraz narodowe centrum operacyjne.

Zadaniem centrum będzie ochrona polskich satelitów (mamy ich 5: dwa satelity BRITE (Lem i Heweliusz), KRAKsat, PWSat2 oraz Światowid oraz polsko-fiński projekt ICEYE) przed zderzeniem z kosmicznymi śmieciami. – Musimy dbać o nasz krajowy interes i nasze satelity zabezpieczać – przekonuje prezes Polskiej Agencji Kosmicznej (PAK) Michał Szaniawski.

Na orbicie okołoziemskiej krąży ponad 20 tys. skatalogowanych śmieci kosmicznych większych niż 10 cm i blisko milion o wielkości od 1 do 10 cm. To nieczynne satelity i ich elementy, fragmenty rakiet i powłok wahadłowców, które mogą stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa obywateli (obiekty deorbitujące w kierunku Ziemi) oraz dla kosztownej infrastruktury działającej w kosmosie, w tym Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz około 1800 czynnych satelitów telekomunikacyjnych, obserwacyjnych i nawigacyjnych dostarczających dane wykorzystywane na co dzień na całym świecie.

Niebezpieczeństwo jest realne. 25 grudnia 2019 roku omal nie doszło do zderzenia satelity BRITE2-PL Heweliusz z odrzuconym członem rakiety Pegasus. Obiekty minęły się w odległości zaledwie 11 metrów, poruszając się wobec siebie z prędkością 15 tys. km/h. Przy tak ogromnych prędkościach nawet kilkumilimetrowy element zamienia się w pocisk.

Astronom prof. Maciej Konacki z PAK tłumaczy, że teleskopy obserwują obiekty o średnicy 10 cm, co pozwala na obliczenie ich orbit oraz przewidywanie, jak orbity się będą zmieniały.

Na lata 2019–2021 budżet przewidziany w Krajowym Programie Kosmicznym na ochronę przed zderzeniami z kosmicznymi śmieciami wynosi 27 mln zł, w tym 12 mln zł pochodzących z budżetu Konsorcjum SST. Polskie centrum ma nadzieję na eksport usług.

Zielone paliwa

Prof. Wolański podkreśla, że polskie firmy mogą budować rakiety, nie tylko satelity. Przypomina, że Kazimierz Siemienowicz zaproponował rakiety wielostopniowe, a także wiązki rakiet już w 1650 roku. Z kolei Ignacy Łukasiewicz jako pierwszy w 1853 roku przeprowadził destylację ropy naftowej, otrzymując naftę, czyli powszechnie stosowane paliwo rakietowe. Dwaj naukowcy: Stanisław Olszewski oraz Zygmunt Wróblewski jako pierwsi w 1883 roku skroplili tlen, najbardziej rozpowszechniony utleniacz w napędach rakiet kosmicznych. Natomiast konstruowane w latach 60. i 70. w Instytucie Lotnictwa rakiety Meteor dotarły do przestrzeni kosmicznej.

Wynoszenie satelitów to także atrakcyjny rynek, który w ostatnich latach bardzo się zmienia.

Tego rodzaju usługi kosmiczne gwałtownie tanieją: z 46 tys. dol. za kg przy dostawach Saturnem V do 4750 dol. za kg przy wynoszeniu Falconem 9 i niecałych 2 tys. dol. przy użyciu Falcon Heavy.

Każdego roku wystrzeliwane jest około 100 rakiet kosmicznych, natomiast na niższe orbity startuje dziesięciokrotnie więcej rakiet. Z wydanego w 2019 roku raportu OECD o rynku kosmicznym wynika, że od początku ery kosmicznej wystrzelono 5200 rakiet, które wyniosły 7,5 tys. satelitów.

W ostatnich latach rynek podbijają małe satelity, których blisko 900 zostało umieszczonych na orbicie w latach 2014–2018. Ponad 80 krajów ma na orbicie zarejestrowane satelity.

Do wynoszenia małych satelitów Polska byłaby w stanie przygotować odpowiednie rakiety. Były dyrektor Instytutu Lotnictwa Witold Wiśniewski zapewnia, że polscy naukowcy oraz inżynierowie potrafią zaprojektować rakietę która wyniosłaby małego satelitę o masie stu kilogramów.

– Opracowaliśmy ekologiczną i tanią technologię produkcji nadtlenku wodoru o stężeniu do 99 proc. Rakiety napędzane są nadtlenkiem wodoru i naftą mają najbardziej przyjazny napęd rakietowy i zarazem bardzo wydajny – podkreśla Wiśniewski.

Uważa, że rakieta powinna mieć dwa lub trzy stopnie. – Na Politechnice Warszawskiej dekadę temu z grupą studentów projektowaliśmy takie silniki – przypomina. Polscy naukowcy opracowali rakietowe silniki hybrydowe, na paliwo ciekłe, stałe, paliwa (przede wszystkim woda utleniona czyli nadtlenek wodoru).

Naukowcy z ILot przypominają, że woda utleniona o wysokim stężeniu była niegdyś popularnym paliwem rakietowym. Wyparta została przez toksyczne paliwa i w rezultacie produkcja H2O2 zamarła. Oferowana przez Evonik Industries (dawna Degussa) o stężeniu 87 proc. kosztowała w 2008 roku 5 tys. euro za 4 (słownie: cztery) litry plus 2 tys. euro za opakowanie. Handlowo dostępna woda utleniona ma stężenie 60 proc.