W najbliższych latach aż 3 firmy – SpaceX, Blue Origin i Virgin Galactic – planują wysłać na orbitę kosmicznych turystów. Przyszli astronauci, zarówno prywatni, jak i wysyłani przez państwowe agencje kosmiczne, mogą skorzystać z kompleksowego szkolenia oferowanego przez specjalne start-upy. Szkolenie obejmuje naukę poruszania się w stanie nieważkości, prowadzenia prostych eksperymentów i testy w wirówkach przeciążeniowych, które dają przedsmak, jak może wyglądać lot na orbitę.
Jak wygląda trening poruszania się w stanie nieważkości?
W urządzeniu takim jak wirówka przeciążeniowa, długie ramię z kabiny obraca się, wytwarzając przeciążenia rzędu nawet kilkudziesięciu g. To daje przedsmak lotu na orbitę, ale również kilka bardzo nieprzyjemnych minut, w czasie których organizm ma wrażenie, że zostaje zgnieciony przez goryla, jak powiedział słynny kanadyjski astronauta Chris Hadfield.
Ile g może znieść człowiek?
Na Ziemi działa na nas siła ciężkości wynosząca 1 g. W stanie nieważkości 0 g. Jednak czasami można ważyć o wiele więcej. Podczas lotu w kosmos odczuwa się 4 g, a podczas jazdy rollercoasterem (przez sekundę) również 4 g. W wypadku, gdy kierowca jechał z prędkością 55 km/godz, działa na niego 6 g. John Stapp przeżył 46 g podczas jazdy saniami rakietowymi w 1954 roku, ale na pewien czas utracił wzrok. David Purley doświadczył rekordowego przeciążenia wynoszącego 180 g, gdy jego samochód zderzył się ze ścianą, ale przeżył, choć doznał licznych złamań.
Przed odkryciem przez Isaaca Newtona prawa powszechnego ciążenia w 1687 roku, nikt nie zdawał sobie sprawy, że chodząc po powierzchni Ziemi, podlega działaniu jakiejś siły. Jednak każdy mieszkaniec naszej planety, który ważył 70 kg, znosił nacisk grawitacji wynoszący w przybliżeniu 680 niutonów (czyli 1 g). To tyle, co jedna dziesiąta prawego sierpowego profesjonalnego boksera lub moc, z jaką gryziemy jabłko. Dlatego nie zdajemy sobie sprawy, że Ziemia cały czas lekko nas boksuje, ponieważ jesteśmy przyzwyczajeni do oddziaływania grawitacyjnego, którego na co dzień w ogóle nie odczuwamy.
Fizyka i lot na orbitę
Gdy znajdujemy się na szczycie platformy startowej promu kosmicznego, czyli dwa boiska piłkarskie nad Ziemią, wzory fizyczne, które znaliśmy ze szkoły, stają się sprawą życia i śmierci. Aby dostać się na okołoziemską orbitę, trzeba bardzo szybko nabrać prędkości wynoszącej prawie 8 kilometrów na sekundę (ponad 28 tys. kilometrów na godzinę), czyli 23 razy tyle, ile wynosi prędkość dźwięku. W przypadku dawnych amerykańskich wahadłowców zapewniały to trzy silniki główne na paliwo ciekłe (ciekły tlen i ciekły wodór) oraz dwie rakiety wspomagające.
Natomiast w przypadku używanych obecnie statków kosmicznych Sojuz MS wystrzał z Ziemi gwarantuje trzyczłonowa rakieta Sojuz FG. Wypełnia ją 300 ton ciekłego tlenu i paliwa lotniczego (wahadłowce spalały ponad 1700 ton paliwa), które zniknie w ciągu niecałych dziewięciu minut. Tyle czasu potrzeba, by zamknięci w statku kosmicznym astronauci znaleźli się 200 km nad powierzchnią naszego globu.
Jak wygląda start?
Jeśli chodzi o podróż Sojuzem, załoga wsiada do rakiety 2,5 godziny przed lotem. Jak wygląda start? – Chociaż ćwiczysz to latami, tak naprawdę nie wiesz, co poczujesz, ponieważ nie ma sposobu, by to dobrze symulować – opowiada astronauta Robert Satcher – więc w rzeczywistości trenujesz dopiero, gdy rakieta rusza z miejsca. – Start to niezwykłe doświadczenie – wspomina astronautka Katherine Megan McArthur – słyszałam wielu ludzi, którzy mówili na przykład, że odczuwa się coś jak uderzenie kijem bejsbolowym w oparcie fotela. Nic podobnego. Trudno to oddać słowami, ponieważ w niezwykle krótkim czasie doświadczasz przyspieszenia, na które nic cię nie przygotuje – chyba że już masz to za sobą.
„W ostatnich sekundach przed startem hałas i wibracje w kapsule stały się tak duże, że człowiek nie miał pojęcia, czy opuścił już platformę startową czy nie". Tak z kolei swój lot Sojuzem opisywał Tim Peake w książce „Zapytaj astronautę”. – Wewnątrz statku kosmicznego wrażenie robi czysta energia, wibracja i przyspieszenie, których się doświadcza. Doznania przenikają do wnętrza ciała. Nie ma jednak gwałtownego wybuchu ani dudnienia w uszach. Nie można też zobaczyć niczego przez okna, bo osłona nadal ochrania pojazd kosmiczny”. „6 sekund przed startem uruchamiają się silniki" – opisuje doświadczenie lotu wahadłowcem Chris Hadfield – kiedy to się dzieje, cała konstrukcja chwieje się lekko. Czujesz to, a potem widzisz, jak pole startowe znika z okna i zanim się zorientujesz, lecisz prosto w górę z prędkością 160 km/godz. Cały czas przyspieszasz w niezwykle brutalny sposób. A wstrząsy są gigantyczne. Prom kosmiczny nie prześlizguje się po niebie jak samolot pasażerski, ale porusza się jak wibrujący widelec.
Jak się odczuwa lot na orbitę?
Hadfield opowiada o tym, że po 45 sekundach od startu astronauci poruszają się już szybciej niż dźwięk i cały czas przyspieszają. Po 70 sekundach lecą szybciej i są wyżej niż Concorde. Podczas startu czują się jakby pędzili na gigantycznej fali, byli pchani i podnoszeni przez wielką rękę albo potrząsani w szczękach potężnego psa. Pojazd trzęsie się i wibruje, a przyspieszenie wgniata ich w fotel. Kiedy jeden zestaw silników wyłącza się, a następny włącza, są rzucani w przód i w tył. W przypadku amerykańskich wahadłowców silne szarpnięcie następowało po około 2 minutach, kiedy odłączały się dwie rakiety wspomagające.
Tim Peake również doświadczył potrząsania podczas startu Sojuza. Po około dwóch minutach od startu, Sojuz odrzucił pierwszy człon rakiety na wysokości około 40 km. Astronauci poczuli, że pochylają się do przodu i mają wrażenie, że spadają. Uczucie powtórzyło się po niecałych pięciu minutach od opuszczenia Bajkonuru, kiedy odłączał się drugi człon Sojuza na wysokości 170 km, a potem po raz ostatni po ponad ośmiu minutach, kiedy odpadł trzeci człon na wysokości około 220 km nad Ziemią.
Astronauci doświadczają przeciążeń rzędu 4 g, co oznacza, że czują, jakby położył się na nich potężny grubas. Podobny wynik osiąga się na pokładzie Sojuza. Tim Peake opisuje, że czuł, jak coraz głębiej wciska go w fotel, jak napina mięśnie brzucha koncentrując się na odpowiedniej technice oddychania, której nauczył się w wirówce.
Czy lot na orbitę może być niebezpieczny dla zdrowia?
Na szczęście w czasie startu nie można zemdleć z powodu przeciążeń. W kosmos leci się na plecach, a więc nie ma niebezpieczeństwa, że grawitacja uniemożliwi krwi dostanie się do mózgu. Po trzech minutach, gdy Sojuz odrzuca osłony aerodynamiczne, zaczynają się pamiętne chwile. Statek kosmiczny pokonuje umowną granicę kosmosu zwaną linią Karmana (100 km nad powierzchnią), a niebo zaczyna zmieniać kolor. Dzieje się to błyskawicznie – wystarczy 15 sekund, by z niebieskiego zrobiło się smoliście czarne. Ten kolor jest bardzo szczególny. Tim Peake opisuje, że to najciemniejsza czerń, jaką można sobie wyobrazić. Wygląda naprawdę niezwykle.
Astronauci przed lotem na orbitę. Fot. SpaceX/NASA
Co robi załoga podczas 9-minutowego lotu w kosmos?
Według Hadfielda, w trakcie lotu czujemy, jakby ktoś sypał na nas piasek, a my stajemy się coraz ciężsi i ciężsi, aż zostajemy mocno wciskani w fotel. Na szczęście, w tym stanie załoga ma niewiele do roboty, ponieważ lot jest w pełni zautomatyzowany. Ich zadaniem jest jedynie kontrolowanie, czy wszystko przebiega zgodnie z planem. Astronauci muszą zareagować tylko w przypadku sytuacji awaryjnej, jak miało to miejsce w październiku 2018 roku, kiedy to statek Sojuz MS-10 z Aleksiejem Owczyninem i Nickiem Hauge na pokładzie awaryjnie lądował. W przypadku normalnego lotu, astronauci obserwują kluczowe momenty wznoszenia się statku, monitorują ciśnienie wewnątrz statku oraz własny stan zdrowia.
Przed wejściem na trajektorię orbitalną, następuje moment euforii, kiedy to silnik zostaje wyłączony, a astronauci tracą wagę, jakby zostali zrzucony z klifu. W jednej chwili przedmioty wokół nich zaczynają unosić się w powietrzu, a czują się, jakby byli do góry nogami, choć wiedzą, że tak nie jest. To ułamek sekundy, kiedy doświadczają głębi nieważkości, co jest wspaniałe. Dla Chrisa Hadfielda, nieważkość to najlepsza część podróży kosmicznej.
W 119 sekundzie lotu Sojuza MS-10, silniki rakiety zawiodły, a kapsuła załogi oddzieliła się i bezpiecznie wylądowała na ziemi. Astronauci doświadczyli wtedy ogromnych przeciążeń, znacznie większych niż podczas startu. Jeśli jednak wszystko przebiega zgodnie z planem, astronauci obserwują wyłączanie silników i odrzucanie poszczególnych członów rakiety, a w przypadku Sojuza również odrzucenie powłoki aerodynamicznej.
Tim Peake sprawdzał swoje ciśnienie krwi, choć z jego fotela trudno było dostrzec wskazania na panelu kontrolnym. Pod koniec lotu, bacznie obserwowali zegar, a po chwili poczuli silne szarpnięcie, kiedy to silnik zamilkł, a statek kosmiczny Sojuz odczepił się od głównego członu rakiety. Następnie, bez zwłoki przystąpili do sprawdzania listy kontrolnej, szykując się do uruchomienia pierwszego silnika orbitalnego.
Ile trwa dokowanie na ISS?
Kiedy astronauta pokonuje siłę grawitacji Ziemi, rozpoczyna się właściwa część podróży kosmicznej. Statek okrąża planetę i uruchamia silniki w określonej sekwencji, aby znaleźć się na orbicie, po której porusza się Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Dolecenie i dokowanie do ISS trwa niekiedy bardzo długo, a załoga spędza ten czas w ciasnocie i niewygodzie modułu orbitalnego. Niestety, większość astronautów doświadcza kłopotów z chorobą lokomocyjną w ciągu pierwszych 24 godzin lotu. Choroba ta jest spowodowana konfliktem sensorycznym, gdy układ przedsionkowy w uchu wewnętrznym dostarcza mózgowi zupełnie innych informacji niż te płynące z oczu i systemu propioceptywnego. W rezultacie, od 50 do 75 proc. astronautów cierpi na chorobę lokomocyjną.
Po kilkunastu-kilkudziesięciu godzinach ludzki organizm opanowuje informacyjny chaos i astronauta może cieszyć się pobytem w kosmosie. Jednak powrót do siły ciężkości jest koszmarem, ponieważ powracają zawroty głowy i mdłości, a chód staje się niezdarny. Mimo to, widok Ziemi z orbity jest ogromnym przywilejem i honorowym doświadczeniem dla astronautów. O tym, jak nie zwariować w kosmosie, przeczytasz również tu.
ŹRÓDŁO: Tim Peake, „Zapytaj astronautę", Wydawnictwo ZNAK, NASA SpaceX
