Závod k Měsíci není vše. Ve vesmíru bychom také měli umět bydlet

Před dvěma týdny jsem v TechMIXu psal o misi Artemis II a o tom, že svět návrat lidské posádky k Měsíci přijal „s klidem“. Od té doby již posádka dorazila v pořádku zpátky na Zemi, navíc s rekordem v největší dosažené vzdálenosti člověka od naší planety.

Je to bezpochyby úspěch, ale jak jsme se pokusili vysvětlit s kolegou Pavlem Kasíkem, cestování na Měsíc zůstane v dohledné době velmi exkluzivní záležitostí: Dovézt na jeho povrch kilogram nákladu stojí podle odhadů NASA řádově milion dolarů, tedy zhruba 350krát víc než na nízkou oběžnou dráhu Země.

Právě nízká oběžná dráha (technicky v rozmezí 160 až 2000 kilometrů nad povrchem Země) je dnes jedinou částí vesmíru, u které můžeme uvažovat alespoň o nějakém ekonomickém využití. Směřuje k ní několik stovek startů ročně a doprava jednoho kilogramu vyjde řádově na tisíce dolarů.

A ta „průmyslová zóna“, jak jsme ji nazvali v minulém textu, nabízí i něco, co na Zemi nemáme: mikrogravitaci. Stav beztíže umožňuje růst krystalů bez konvekce a sedimentace, tedy za podmínek vedoucích k čistším materiálům. U produktů s extrémně vysokou přidanou hodnotou, jako jsou speciální léčiva nebo polovodičové krystaly, by to mohlo dávat ekonomický smysl.

Zatím jde spíše o experiment. Firma Varda Space Industries v únoru 2024 úspěšně vrátila na Zemi kapsli s krystaly léčiva vyrobenými na orbitě, což byl historicky první komerční počin svého druhu. Ale jak upozorňuje Aerospace America, orbitální výroba v tradičním smyslu zatím neexistuje a celkové investice v oboru dosáhly necelých 400 milionů dolarů.

Jsou to první kroky, nikoliv průmyslová revoluce, ale naznačují směr: Hodnota nízké orbity nemusí spočívat jen v telekomunikacích, ale i v tom, co tam dokážeme fyzicky vyrobit.

Mikrogravitace je pro výrobu příležitostí, ale pro lidské tělo pohromou. Astronauti na Mezinárodní kosmické stanici ztrácejí jedno až dvě procenta kostní hmoty měsíčně. Svaly ochabují, oči mění tvar v důsledku přerozdělení tekutin. Po návratu z několikaměsíční mise trvá dva až tři roky, než se kostní hustota obnoví, přestože astronauti na ISS cvičí kolem dvou hodin denně, aby následky alespoň zmírnili.

Pro krátké mise je to zvládnutelné. Pro budoucnost, v níž mají lidé na orbitě pracovat měsíce nebo roky, je to zásadní překážka. Řešení přitom existuje alespoň v principu a není nové: umělá gravitace vyvolaná rotací. Odstředivá síla v rotujícím prostoru dokáže simulovat tíži, kterou tělo potřebuje. Tento koncept je starý téměř sto let a jednu dobu se zdálo, že nemá daleko k realizaci.

V roce 1952 publikoval raketový inženýr Wernher von Braun v americkém časopise Collier's sérii článků, v nichž popsal obří rotující vesmírnou stanici ve tvaru kola: průměr 75 metrů, posádka 80 lidí, konstrukce z nafukovacího nylonu, umělá gravitace vyvolaná otáčením kolem osy. Myšlenka rotující stanice sahala až ke slovinskému inženýrovi Hermanu Potočnikovi z roku 1929, ale von Braun ji posunul z teorie do inženýrského návrhu a dokázal pro ni získat pozornost amerických institucí.

Mezi lety 1959 a 1962 tým NASA v Langley Research Center rozpracoval hned několik variant. Jednou byly nafukovací pneumatiky od firmy Goodyear, druhou skládací šestiúhelníková stanice od North American Aviation: Šest pevných trubek spojených panty, které se po startu automaticky rozložily do obytného prstence pro 36 členů posádky. Firma postavila funkční model v měřítku 1:10.

Stanice používala speciální panty navržené Adolfem Busemannem z NASA Langley, takzvané Busemann Hinge, které umožňovaly složit celý prstenec do štíhlého tvaru rakety. Model vážil 320 kilogramů a při testech se rozložil za dvě minuty, což v plném měřítku odpovídalo zhruba půl hodině – od startu k hotové stanici na oběžné dráze.

Pak v květnu 1961 prezident Kennedy vyhlásil cíl přistát na Měsíci do konce dekády, a tím se změnilo všechno. NASA projekt rotujících stanic přímo nezastavila, spíš přesměrovala své zdroje a pozornost. Stanice pro 36 lidí se postupně smrskla na laboratoř pro čtyři. George Mueller, šéf pilotovaných letů, se pokusil zachránit ambicióznější plány v rámci Apollo Applications Program, ale rozpočet programu byl seškrtán z požadovaných 1,5 miliardy na 300 milionů dolarů a většina plánů padla pod stůl.

Mimochodem, Mueller nebyl žádným opatrným byrokratem. Právě on prosadil v programu Apollo metodu takzvaného „all-up testing“: Místo postupného testování jednotlivých stupňů rakety se celý Saturn V zkoušel najednou, se všemi stupni aktivními od prvního letu.

Wernher von Braun to zpočátku považoval za hazard, ale jak sám později uznal, „znělo to lehkomyslně, ale Muellerova logika byla neprůstřelná“. Díky této metodě obletělo Apollo 8 Měsíc už při pouhém třetím startu Saturnu V. Paradoxně právě tento zrychlený úspěch pomohl uvolnit jednu raketu pro jeho program – ale současně posílil dojem, že Apollo je hotová věc a na jiné programy není třeba čekat.

Výsledkem vší snahy o novou generaci orbitálních stanic byl Skylab: tříčlenná stanice bez vlastního pohonu, postavená z přebudovaného horního stupně rakety Saturn V. Tři posádky ji navštívily v letech 1973 a 1974. Skylab byl na svou dobu pozoruhodný, ale do von Braunova kola pro 80 lidí měl daleko a hlavně odstartoval na poslední raketě Saturn V, která kdy vzlétla.

Po Apollu NASA opustila paralelní strategii a přešla na sekvenční přístup: nejdřív raketoplán, pak ISS. Myšlenka umělé gravitace na oběžné dráze se vytratila na více než 60 let. Je fér říct, že i bez Apolla mohly tyto programy skončit na politických škrtech, protože kosmonautiku nikdy nedrželo nadšení veřejnosti. Ale paralela s dneškem je nabíledni: Když se veškerá energie soustředí na jediný vzdálený cíl, slibné vedlejší cesty umírají.

Jedním z důvodů, proč se rotující stanice v 60. letech neprosadily, byly materiály. Nafukovací konstrukce z gumy a nylonu nedokázaly spolehlivě odolávat mikrometeoritům, tedy drobným kouskům kosmického odpadu letícím rychlostí desítek kilometrů za sekundu.

Od té doby se ale situace změnila. V roce 2016 NASA připevnila na ISS modul BEAM, malou nafukovací „místnost“ z vysokopevnostních tkanin, včetně materiálu Vectran. Původně šlo o dvouletý test. BEAM funguje dodnes, tedy devátým rokem, bez závažné poruchy, se stabilním tlakem a radiační ochranou srovnatelnou s kovovými moduly. Podle srovnávacích studií odolává mikrometeoritům dokonce lépe než kovové části ISS.

Nápad byl inspirovaný projektem TransHab, celým názvem Transit Habitat, který vznikl na konci 90. let v Johnsonově kosmickém středisku původně jako obytný modul pro posádku na cestě k Marsu. Po nafouknutí měl průměr 8,2 metru, tedy skoro dvojnásobek modulu Columbus na ISS, a jeho plášť tvořily téměř dvě desítky vrstev: vnější protimeteoritická ochrana, vrstvy z materiálů Nextel a Kevlar, tepelná izolace a vnitřní trojitá vzduchová bariéra.

Kongres program v roce 2000 zrušil kvůli rozpočtovým škrtům a technologii následně licencovala firma Bigelow Aerospace, která pak na jeho základě postavila BEAM. V roce 2020 ukončila činnost, ale technologie přežila. Mimochodem, díky mimořádným událostem byla cena modulu směšně nízká: NASA za BEAM zaplatila firmě Bigelow 17,8 milionu dolarů. Pro srovnání: Laboratorní modul Destiny, nejdražší jednotlivý díl ISS, stál 1,38 miliardy, evropský Columbus přišel na zhruba 1,4 miliardy.

Vraťme se ke konceptu nafukovacích stanic. Jeho hlavní výhodou má být mnohem objemnější obyvatelný prostor, než jaký lze dnes na oběžné dráze postavit s klasickými technologiemi. Podle výpočtů publikovaných v časopise Works in Progress by plášť nafukovací stanice v měřítku von Braunova kola mohl při použití stejných materiálů vážit kolem 28 tun a vejít se do zvažované lodě Starship. To je ovšem optimistický odhad pro prostředí s málo troskami. Konzervativnější scénář s plnou ochranou pro nízkou oběžnou dráhu vychází na asi 120 tun.

Klíčový otazník ovšem zůstává: Materiál Vectran byl testován jen v malých konfiguracích do průměru osmi metrů. Zda materiály vydrží v 75metrovém rotujícím prstenci, zatím nikdo neví.

Přesto je zajímavé, že se po více než půl století začíná u umělé gravitace konečně opět něco dít. Firma Vast, založená v roce 2021, letos plánuje vypustit objekt Haven-1, první komerční vesmírnou stanici. Zatím jde o malý modul v beztíži, ale součástí mise je experiment, při kterém se Haven-1 spojený s lodí Dragon roztočí kolem společné osy.

Pokud akce uspěje, půjde teprve o druhý případ záměrně vytvořené umělé gravitace na pilotované lodi po Gemini 11 v roce 1966. Dlouhodobý plán počítá se stometrovou stanicí rotující rychlostí 3,5 otáčky za minutu. Od plánu ke stanici je daleko, ale samotný fakt, že někdo do umělé gravitace investuje reálné peníze a inženýrskou práci, je po 60 letech pozoruhodný.

Mezinárodní kosmická stanice směřuje k řízenému sestupu kolem roku 2030. Artemis letí k Měsíci, ale skutečné přistání se opakovaně odkládá. Rozpočet NASA je pod tlakem. Pokud se veškeré zdroje soustředí na závod o měsíční vlajku, hrozí, že se nerozvine to, co by z vesmíru mohlo udělat místo pro trvalou lidskou přítomnost – infrastruktura na místech, kam už dnes umíme létat levně a často.

Poučení z historie Apolla přitom leží na stole. Závod o Měsíc na dlouhou dobu nepřímo pozastavil vývoj konceptů, které by lidem umožnily ve vesmíru nejen přistát, ale i zůstat. Nafukovací stanice, umělá gravitace, orbitální výroba – nic z toho není science fiction. Jsou to myšlenky, které měla NASA rozpracované ještě před Apollem a které dnes, s výhledem na další zlevňování, dostávají novou šanci.

V plné verzi newsletteru TechMIX toho najdete ještě mnohem víc. Přihlaste se k odběru a budete ho dostávat každou středu přímo do své e-mailové schránky.