Polska astronautyka na przestrzeni lat

Autorką tekstu jest Natalia Mochocka

Praca została wyróżniona nagrodą w konkursie stypendialnym Klubu Astronomicznego Almukantarat w 2024 r. w kategorii III – uczniowie kończący w roku szkolnym 2023/2024 drugą lub trzecią klasę liceum, drugą, trzecią lub czwartą klasę technikum albo drugą, lub trzecią klasę branżowej szkoły I stopnia.

Odległe gwiazdy i kosmiczne tajemnice zawsze fascynowały ludzkość. Choć Polska nie jest globalnie najmocniejszym graczem w kosmicznym wyścigu, to jej wkład w eksplorację kosmosu jest godny uwagi. Pomimo niewielkich środków finansowych i ograniczonych zasobów, Polska odniosła kilka znaczących osiągnięć, również historycznych, w dziedzinie astronautyki, przyczyniając się do większych projektów kosmicznych oraz poszerzając naszą wiedzę o wszechświecie, o czym opowiem w tej pracy.

Nieświadomy wkład Polaków w astronautykę

Jeszcze w czasach nowożytnych Polacy bez większej świadomości budowali podstawy współczesnych technik rakietnictwa. Urodzony około 1600 roku Kazimierz Siemanowicz herbu Ostoja wydał dzieło pod tytułem „Artis Magnae Artilleriae pars prima”. Praca ta nie zawierała żadnych wzmianek o eksploracji kosmosu, odnosiła się tylko i wyłącznie do budowy rakiet artyleryjskich, jednak wiedza w niej zawarta była w tym celu używana przez ponad 200 lat, a dziś stanowi podstawy wynoszenia ładunków na orbitę.

Naukowców nieświadomych zastosowania swoich odkryć w podróżach kosmicznych było w Polsce więcej. Doskonałym przykładem jest Ignacy Łukasiewicz, który w XIX wieku, jako pierwszy na świecie założył kopalnię ropy naftowej i wynalazł jej przemysłowe zastosowanie, czy para polskich chemików- Karol Olszewski i Zygmunt Wróblewski, którym jako pierwszym udało się skropić tlen. Te odkryte substancje są teraz głównymi składnikami paliw rakietowych.

Wczesne sukcesy astronautyczne

Współczesne podstawy inżynierii rakiet kosmicznych są w dużej części dziełem uczonych, których życiorys jest związany z Polską. Pierwszym z nich jest żydowski naukowiec urodzony w Sieradzu -Ary Sternfeld, który w 1932 roku napisał dzieło pod tytułem, „Wstęp do Kosmonautyki”. Naukowiec otrzymał za nią między innymi międzynarodową nagrodę astronautyczną „REP-Hirsch” w 1934 roku. Przedstawiał też dzieło w Akademii Nauk w Paryżu czy na uniwersytecie w Sorbonie. Ary Sternfeld jest uważany za autora teorii rakiet wielostopniowych, praktycznie bezbłędnie obliczał trajektorie satelitów, prędkości kosmiczne, zużycie paliwa, przeciążenia i wiele innych parametrów w czasach, kiedy nie było jeszcze ani jednego sztucznego satelity Ziemi. Trajektoria radzieckiego Sputnika 1 bazowała na jego obliczeniach.

Kolejnym naukowcem, który przyczynił się do eksploracji kosmosu, jest Konstanty Ciołkowski – rosyjski uczony polskiego pochodzenia. Jego opracowania techniczne stanowią obecnie podstawę działania wszystkich, historycznych jak i współczesnych, silników rakiet i statków kosmicznych. W 1903 roku ukazał się jego rękopis pt. „Badanie przestrzeni światowej za pomocą maszyn reakcyjnych”. To jak i kilka jego późniejszych dzieł są uważane za pierwsze na świecie, uzasadnione naukowo, projekty badania przestrzeni kosmicznej za pomocą rakiet. Jego artykuły opisywały też równanie nazwane obecnie imieniem naukowca. Wzór Ciołkowskiego przedstawia matematyczną zależność między zmieniającą się masą rakiety podczas spalania paliwa, prędkością gazów spalinowych i końcową prędkością rakiety. Jest uważany za podstawę astronautyki.

Polskie statki w przestrzeni kosmicznej

Nowoczesna historia Polskiej astronautyki zaczęła się w pracowni profesora doktora Habilitowanego Jacka Walczewskiego- polskiego uczonego zajmującego się badaniem atmosfery i geofizyką. Już w latach 50. XX wieku pracował nad budowaniem rakiet do badania atmosfery. Przywoził sprzęt i testował go wraz z grupą pasjonatów na pustyni błędowskiej, długo przed stworzeniem pierwszego sputnika. Pierwszy próbny start rakiety w Polsce miał miejsce 10 października 1958 roku i zakończył się powodzeniem, mimo tego, że była to bardzo prosta konstrukcja o nazwie „RM-1”. W jej środku znajdował się tylko silnik zrobiony z rury kotłowej. Była odpalana świecą zapłonową z samochodu. Ten niewielki sukces zapoczątkował dalsze prace Polaków nad rakietami o coraz to bardziej złożonych konstrukcjach.

Kolejnym ważnym projektem była rakieta o nazwie „RM-2P” i była już mniej prymitywna, nawet dwuczłonowa. W jednym członie, który odpada od reszty konstrukcji niedługo po starcie, znajdował się faktyczny silnik zasilany paliwem balistycznym na bazie azotanu, celulozy i nitrogliceryny. Testy rakiety również zakończyły się sukcesem, jednak nie miała ona żadnego zastosowania naukowego, więc przystąpiono do dalszych prac. Na początku lat 60 profesor Jacek Walczewski zorganizował w państwowym instytucie hydrologiczno -meteorologicznym projekt rakietowych badań atmosfery. W tym celu nawiązał współpracę z Krakowskimi studentami i warszawskim instytutem lotnictwa. Projekt otrzymał nazwę „Meteor”. Pierwszy udany start rakiety meteor miał miejsce już w 1965 roku i od tamtego czasu rakiety typu Meteor-1 były wykorzystywane w celach badawczych. Miały niewielki udźwig wynoszący jeden kilogram, ale był wystarczający, aby nadać im użytek naukowy. Łącznie było 177 startów rakiet tego typu, wszystkie były dwuczłonowe, prawie takie jak z planów Arego Sternfelda. Było to duże osiągnięcie, ponieważ Polska jest 6 krajem na świecie, który kiedykolwiek wdrożył użycie statków kosmicznych w celu badań wyższych sfer atmosfery.

Jak badano nimi atmosferę?

Podstawą badania wyższych sfer atmosfery były tak zwane chmury dipoli, czyli układów dwóch różnoimiennych ładunków elektrycznych lub biegunów magnetycznych, wytwarzających pole możliwe do wykrycia z odległości do sześćdziesięciu kilometrów. Startująca rakieta w części bez silnika posiadała ładunek specjalnego tworzywa dipolowego. Po wypuszczeniu tego ładunku w formie aerozolu na różnych wysokościach można było odczytać z niego wiele informacji dotyczących gęstości czy składu atmosfery na różnych wysokościach. Pierwsze modele rakiet Meteor-1 zawierały tylko po jednym ładunku dipoli, kolejne miały już w sobie dwa lub trzy. Gdy było ich więcej, można było odpalać je na różnych wysokościach i w ciągu jednego lotu przeprowadzić kilka cyklów obserwacyjnych.

Dopiero w latach 70 zaczęto montować w Meteorach-1 sondę rejestrującą temperaturę. Taka sonda odpinała się od reszty rakiety na wysokości od trzydziestu do sześćdziesięciu kilometrów i, spadając na spadochronie, badała temperaturę.

Co po Meteorze-1?

Sukces pierwszego projektu skłonił zespół do stworzenia jego nowej odsłony projektu – Meteor-2. Głównym celem nowego projektu było wynoszenie większej i cięższej aparatury badawczej nad Ziemię. Ta rakieta znacznie różniła się od swojej poprzedniczki, ważyła prawie pięćset kilogramów. Była przystosowana do wnoszenia ponad chmury całego zestawu sprzętu naukowego o wadze dziesięciu kilogramów. Zawierała dwa, podobne do tych z wcześniejszego projektu, silniki. To właśnie rakiety tego typu po raz pierwszy w Polsce przekroczyły umowną granicę kosmosu- linię Kármána. Powstał jeszcze ulepszony, silniejszy model Meteor-2k, który jest uważany za najlepszą konstrukcją tego typu w dziejach Polski.

Pomimo ogromnych sukcesów programu „Meteor”, pod koniec lat sześćdziesiątych został on oficjalnie zakończony z powodów politycznych. Związek radziecki podjął decyzje, że wszystkie projekty dotyczące kosmosu mają podlegać pod ich program o nazwie „Interkosmos” i nie mogą być wykonywane na własną rękę przez Polaków. Budowanie rakiet w kraju zostaje na jakiś czas całkowicie wstrzymane.

Kolejny przełom nastąpił dopiero we wrześniu 2019 roku, kiedy w Ustce z powodzeniem wystartowała rakieta o nazwie „IRL-33 Bursztyn”. Celem nowego projektu nie było tylko już badanie atmosfery, a także przetestowanie i zademonstrowanie polskiego patentu na ekologiczne paliwo. Rakieta miała silnik hybrydowy, co pozwoliło zachować jej większą odporność na warunki atmosferyczne oraz zwiększa kontrolę nad trasą lotu. Osiągnęła pułap dwudziestu trzech kilometrów, są jednak planowane jest stopniowe zwiększanie pułapu lotów w celu przekroczenia bariery 100 kilometrów.

Następny lot testowy w ramach nowej odsłony tego projektu- „IRL-33 Bursztyn”- 2K, nastąpił w październiku 2022 roku. Mimo tego, że planowany pułap był dużo wyższy, ze względów bezpieczeństwa rakieta wzbiła się na wysokość zaledwie ośmiu kilometrów. Scenariusz misji udało się jednak zrealizować, a nawet odzyskać rakietę z Morza Bałtyckiego.

Podsumowując, Polska może pochwalić się wieloma wewnętrznymi projektami i osiągnięciami naukowo-badawczymi. Pozostajemy aktywnym uczestnikiem globalnej podróży do wszechświata. Pomimo ograniczonych możliwości finansowych i zasobów naturalnych, nasz kraj osiągnął wiele, udowadniając, że pasja i innowacyjność są wystarczające do odnoszenia sukcesów w zakresie astronautyki. Możemy być dumni z naszych dotychczasowych osiągnięć i z nadzieją spoglądać na kolejne wyzwania, które stoją przed nami w tej dziedzinie.

Bibliografia:

[1] Inżynieria kosmiczna – historia, URL: https://polsa.gov.pl/polska-w-kosmosie/polska-historia-eksploracji-kosmicznej/inzynieria-kosmiczna-historia/ (dostęp: 02.03.2024)
[2] Ary Szternfeld astronom z Sieradza, URL: https://www.lodz.ap.gov.pl/art,30,ary-szternfeld-astronom-z-sieradza (dostęp: 03.03.2024)
[3] Konstantin Tsiolkovsky: Russian Father of Rocketry, URL: https://www.space.com/19994-konstantin-tsiolkovsky.html (dostęp: 03.03.2024)
[4] Pierwsze testy poligonowe rakiety BURSZTYN w wersji 2K i mobilnej wyrzutni rakietowej WR-2, URL: https://ilot.lukasiewicz.gov.pl/pierwsze-testy-poligonowe-rakiety-bursztyn-w-wersji-2k-i-mobilnej-wyrzutni-rakietowej-wr-2/ (dostęp: 19.03.2024)
[5] Lot rakiety ILR-33 BURSZTYN na centralnym poligonie Sił Powietrznych w Ustce, URL: https://ilot.lukasiewicz.gov.pl/lot-rakiety-ilr-33-bursztyn-na-centralnym-poligonie-sil-powietrznych-w-ustce/ (dostęp: 21.03.2024)
[6] Polacy w kosmosie odc. 6 – Polskie rakiety, URL: https://vod.tvp.pl/programy,88/polacy-w-kosmosie-odcinki,1094208/odcinek-6,S01E06,1094332 (dostęp: 20.03.2024)