"Kosmiczna Wizja" Europy czyli zrozumieć Wszechświat

November 5, 2016, 18:15
Artystyczna wizja sondy Euclid. Ilustracja ESA/C. Carreau
Artystyczna wizja sondy Solar Orbiter badającej Słońce. Ilustracja: ESA
Kosmiczne obserwatorium rentgenowskie ATHENA, Ilustracja: ESA
Element sondy CHEOPS podczas testów, fot. ADS-Spain, ESA
Sonda JUICE, Ilustracja: Airbus Defence and Space
Lądownik Huygens na powierzchni Tytana, ilustracja: ESA

Regulujący działania Europejskiej Agencji Kosmicznej program "Cosmic Vision 2015-2025" to długofalowy plan badań i eksploracji kosmosu poprzez różnego rodzaju sondy. Jakie są jego główne cele naukowe? Jakiego rodzaju misje kosmiczne mają przybliżać odpowiedzi na postawione pytania badawcze?

Misje badawcze w kosmosie. Zadanie na dziesięciolecia

W 2005 r. próbnik Huygens odłączył się od badającej Saturna sondy Cassini i gładko osiadł na powierzchni Tytana, największego księżyca tej wielkiej gazowej planety. Za dostarczenie lądownika, który poleciał do układu Saturna odpowiedzialna była Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). Propozycję jego misji wysunięto w 1982 r. Pomysł uzyskał aprobatę w roku 1988. W 1997 r. Huygens wystartował wraz z sondą Cassini w przestrzeń kosmiczną. Legendarne zdjęcie z powierzchni satelity gazowego olbrzyma przesłał w styczniu 2005 r. Można więc powiedzieć, iż na rezultaty misji lądownika trzeba było oczekiwać ponad dwadzieścia lat.

Lądownik Huygens na powierzchni Tytana, ilustracja: ESA

 Powyższy przykład doskonale pokazuje, że rezultaty naukowe bezzałogowych misji kosmicznych potrafią być niezwykle odroczone w czasie. Normą jest oczekiwanie na nie kilkanaście lat, a czasami dłużej. W tej sytuacji dla agencji kosmicznej takiej jak ESA niezwykle istotne jest racjonalne, długofalowe i prowadzone z wyprzedzeniem planowanie swoich działań. Tylko w ten sposób złożonym, rozciągniętym w czasie misjom kosmicznym można zapewnić stabilne finansowanie, a międzynarodowych partnerów oraz firmy prywatne skłonić do zaangażowania się w tego rodzaju projekt. Długofalowy plan pozwala bowiem owym partnerom zmniejszyć ryzyko inwestowania i angażowania się w realizowaną przez Agencję misję kosmiczną.

Tworzenie "Kosmicznej Wizji" 

"Cosmic Vision 2015-2025" to już kolejny długofalowy program działania ESA. Pierwszą próbą tego rodzaju uporządkowania działań Agencji było przyjęcie w połowie lat 80-tych ubiegłego wieku programu Horizon 2000. Przyjęte w nim założenia jeśli chodzi o starty misji kosmicznych zostały ostatecznie wypełnione w 2009 r. wraz z wysłaniem na orbitę okołoziemską kosmicznych obserwatoriów Planck oraz Herschel. W połowie lat 90-tych XX wieku ESA przyjęła program Horizon 2000+, w ramach którego realizowane są misje Gaia oraz LISA Pathfinder, a do Merkurego poleci w 2018 r. przy współpracy z Japońską Agencją Kosmiczną (JAXA) sonda BepiColombo. Horizon 2000+ obejmuje także europejski wkład w tworzenie James Webb Space Telescope. Natomiast kolejny krok milowy to właśnie Cosmic Vision.

Cele naukowe europejskiej wizji eksploracji Wszechświata

Tworzenie programu Cosmis Vision 2015-2025 było złożonym procesem. Wszystko zaczęło się w kwietniu 2004 roku wezwaniem do środowiska naukowego o zgłaszanie tematów, którym mogłyby być poświęcone przyszłe misje kosmiczne pod egidą Europejskiej Agencji Kosmicznej. Nadeszło ponad 150 propozycji, które były oceniane przez grupy naukowe ESA. Dotyczyły one trzech głównych tematów:

  • astronomii i astrofizyki,

  • eksploracji Układu Słonecznego,

  • fundamentalnej fizyki

ATHENA
Ilustracja: SENER Polska/ESA

Następnie badacze debatowali nad naukowymi priorytetami przyszłych misji podczas warsztatów zorganizowanych w Paryżu, w połowie września 2004 r. Do początku roku 2006 postanowiono ostatecznie, iż przyszły 10-letni program działań Agencji będzie się koncentrował na poszukiwaniu odpowiedzi na cztery zasadnicze pytania:

  1. Jakie warunki umożliwiają formowanie się planet i pojawianie się życia
  2. Jak funkcjonuje Układ Słoneczny?
  3. Jakie fundamentalne prawa fizyki rządzą Wszechświatem?
  4. Jak Wszechświat powstał i z czego jest zrobiony?

Podział misji. Koszt od 50 do 900 mln Euro

Kiedy w marcu 2007 ESA zwróciła się do środowiska naukowego o zgłaszanie pomysłów na misje kosmiczne w ramach Cosmic Vision, odzew był dość znaczny. Nadesłano 19 propozycji dotyczących astronomii i astrofizyki, 12 z dziedziny fizyki fundamentalnej i 19 dotyczących badań Układu Słonecznego. W zależności od stopnia złożoności oraz przede wszystkim od niezbędnych nakładów finansowych misje kosmiczne Europejskiej Agencji Kosmicznej realizowane w ramach "Cosmic Vision 2015-2025" dzielą się na trzy kategorie:

  • misje małe – small class missions (S-class),

  • misje średnie – medium class missions (M-class),

  • misje duże – large class missions (L-class).

Misje S-class to takie, w których koszt ponoszony przez ESA nie przekracza 50 mln euro. Dotychczas zatwierdzono do realizacji dwie misje małe:

  • S1: CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) –  teleskop orbitalny do badania planet pozasłonecznych, którego start zaplanowano na rok 2017;

  • S2: SMILE (Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Eplorer) – misja realizowana we współpracy z Chińską Akademią Nauk, mająca na celu badanie interakcji między ziemską magnetosferą a wiatrem słonecznym. Start zaplanowano na rok 2021.

CHEOPS
Element sondy CHEOPS podczas testów, fot. ADS-Spain, ESA

Misje średnie realizowane są raczej samodzielnie przez Agencję, a koszt takiej misji to maksymalnie około 500 mln euro. W toku są następujące:

  • M1: Solar Orbiter – sonda poświęcona bliskiej obserwacji Słońca, która wystartuje w 2018 r.;

  • M2: Euclid – statek, który poleci w przestrzeń kosmiczną w roku 2020 celem badania ciemnej materii i ciemnej energii oraz tempa ekspansji Wszechświata;

    Czytaj też: Polscy inżynierowie projektują mechanizmy do montażu sondy ESA

  • M3: PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) – misja, która rozpocznie się około roku 2024, poświęcona poszukiwaniu tranzytujących planet oraz badaniu pulsacji gwiazd;

  • M4: wybór tej misji nie został jeszcze dokonany. Wiadomo, że będzie to jeden z trzech projektów:

    • ARIEL (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey) – plan zbadania atmosfer ok. 500 pobliskich egzoplanet, by określić skład chemiczny tych gazowych otoczek oraz panujące tam warunki fizyczne;

    • THOR (Turbulence Heating ObserveR) – badanie poświęcone fizyce kosmicznej plazmy, w szczególności jej podgrzewaniu i późniejszej utracie energii;

    • XIPE (X-ray Imaging Polarimetry Explorer) – poznawanie promieniowania rentgenowskiego emitowanego przez wysokoenergetyczne źródła (np. supernowe), by dowiedzieć się więcej o zachowaniu materii w ekstremalnych warunkach.

  • M5: wezwanie do składania projektów pojawiło się w kwietniu br. Wybrana misja wystartuje najpewniej w latach 2029-2030, choć może to nastąpić wcześniej, jeśli nie będzie ona szczególnie skomplikowana.

Euclid_spacecraft
Artystyczna wizja sondy Euclid. Ilustracja ESA/C. Carreau

Co do misji dużych (L-class), to pierwotnie zakładano, iż będą one realizowane z dużym zaangażowaniem międzynarodowych partnerów, a koszt jednej misji po stronie ESA nie będzie przekraczał 900 mln euro. Kiedy jednak w 2011 w USA nastąpiły istotne cięcia budżetowe w dziedzinie badań kosmosu, okazało się, współpraca z NASA przy misji L1 nie będzie możliwa na zakładanym wcześniej poziomie. W tej sytuacji władze Europejskiej Agencji Kosmicznej postanowiły, iż Europa w przeważającej części weźmie na siebie ciężar realizacji misji klasy L, decydując się co najwyżej na współpracę międzynarodową w niewielkiej skali. Dotąd przyjęto do wykonania dwie misje duże:

Sonda JUICE, Ilustracja: Airbus Defence and Space

Co dalej? Ogromne zainteresowanie badaniami kosmosu

Gdy w kwietniu 2004 roku ESA poprosiła środowisko naukowe o sugestie, jakim tematom mogłyby być poświęcone badania kosmosu w ramach przyszłego planu działania agencji, odzew przeszedł najśmielsze oczekiwania. Zgłoszono 151 oryginalnych pomysłów, ponad dwukrotnie więcej niż miało to miejsce w roku 1984. Program "Cosmic Vision 2015-2025" ma na celu zwiększenie europejskiego zaangażowania w badania i eksplorację kosmosu, z korzyścią dla całej ludzkości. Jednocześnie jest on gwarancją stabilności podejmowanych działań i tym samym stanowi zachętę do zaangażowania się weń dla międzynarodowych partnerów oraz prywatnych przedsiębiorstw działających w przemyśle kosmicznym.

Szansa także dla polskich firm

Realizacja programu badawczego ESA, dzięki wysokiemu poziomowi technicznemu planowanych projektów umożliwi też skokowy wzrost kompetencji europejskiego sektora kosmicznego. W budowie komponentów dla europejskich misji badawczych coraz lepiej odnajdują się także polskie firmy, które już teraz mają swój udział w opracowywaniu elementów dla sond kosmicznych, w tym tych, które powstaną dla dwóch najbardziej ambitnych misji "Kosmicznej Wizji" czyli JUICE i ATHENA. Te umiejętności będę mogłyby być w przyszłości wykorzystane także w innych projektach np. do budowy polskich satelitów badawczych takich jak kosmiczne obserwatorium UVSat lub planowana wspólnie z Chinami sonda do badań Księżyca. Warto podkreślić, że rozwój krajowych podmiotów w tym kierunku jest także zgodny z założeniami Polskiej Strategii Kosmicznej

KomentarzeLiczba komentarzy: 0
No results found.