Na Marsa w jedną kadencję

Wyciek e-maili Michała Dworczyka, szefa kancelarii premiera, dają nam rzadką możliwość obejrzenia polskiej polityki „od kuchni”. Z najwyższym trudem powstrzymamy się od komentarza ogólnego, by skupić się na pojedynczym wątku pojedynczego wycieku – tego o polskiej misji na Marsa.

Dowiadujemy się bowiem, że polscy naukowcy starali się dotrzeć do polityków z pomysłem na misję kosmiczną nie tylko wskazując korzyści naukowe, lecz także „wymiar propagandowy krajowy i międzynarodowy nie do przecenienia”, ze szczególnym podkreśleniem sukcesu „w ramach jednej kadencji sejmowej”. Wyciek pochodzi z roku 2019 zaś autorzy mieli na myśli drugą kadencję rządów PiS. Wiemy, że ten pomysł nie wypalił, ale… w przypadku eksploracji kosmosu dobrze jest mieć plan B. Sprawdzimy, który z kolejnych rządów będzie mógł pokazać światu osiągnięcia polskiego przemysłu kosmicznego – i ogrzać się w propagandowym blasku sukcesu.

Zanim przejdziemy do misji na Marsa, przypomnijmy sobie słynną scenę z serialu Kosmo, opowiadającego m.in. o rywalizacji Polaków i Czechów w locie misji załogowej na Księżyc:

Nasze motto – Polak zawsze da radę!

Z Księżycem mamy jednak z górki – zawsze jest w pobliżu (385 tys. km), względnie łatwo w niego trafić no a przede wszystkim czas podróży może wynosić niespełna 9 godzin czyli mniej, niż czas przejazdu pociągu Intercity relacji Szczecin-Rzeszów.

Mars

Tu sprawa się komplikuje. Pierwszy problem – kosmicznie wielkie odległości. Dystans dzielący Marsa i Ziemię wynosi od ok. 55 do 400 milionów kilometrów. Gdyby naszym celem był jak najszybszy lot do celu, należałoby przez połowę dystansu przyspieszać, zaś przez drugą połowę – zwalniać.

To jednak oznacza, że taka misja potrzebowałaby dużej ilości paliwa, co oznaczałoby większy ciężar do rozpędzenia, co wymagałoby jeszcze większej ilości paliwa, co dramatycznie podniosłoby koszty wyniesienia go na orbitę i tak dalej. Ekonomia lotów w kosmos rządzi się własnymi prawami – należy brać pod uwagę stałą masę pojazdu, malejącą masę zużywanego po drodze paliwa, pożądaną prędkość końcową a także możliwe interakcje z innymi obiektami Układu Słonecznego. Okazuje się bowiem, że na Marsa (krążącego dalej od Słońca) można dostać się startując w stronę Wenus (krążącą bliżej Słońca) – a grawitacja tej drugiej planety „za darmo” przyspieszy nasz statek kosmiczny.

Zauważamy przy okazji drugi problem – misje międzyplanetarne wymagają odpowiedniego układu planet. Mars i Ziemia obiegają Słońce z różną prędkością, marsjański rok trwa 687 dni – to sprawia, że Ziemia „dogania” Marsa co około 26 miesięcy. Z taką właśnie częstotliwością otwiera się tzw. okno startowe – krótki okres podczas którego start marsjańskiej misji jest najbardziej opłacalny (a spora część okresu „nieopłacalnego” tak naprawdę znaczy „niezależnie od nakładów nie będzie szybciej”).

Kosmiczna nawigacja może zaskakiwać – nie czekamy ze startem, aż Mars będzie „w pobliżu”. Najbardziej ekonomiczny jest tzw. manwer transferowy Hohmanna, w którym sonda kosmiczna odlatuje od Ziemi w stronę bardziej oddalonych planet (jej ruch wokół Słońca staje się wolniejszy) a Mars dogania ją po niecałych dziewięciu miesiącach lotu sondy.

Jedna kadencja sejmowa

Wróćmy do naszego problemu, czyli lotu na Marsa w ciągu jednej kadencji. Kadencje parlamentarne są w Polsce dość stabilne, od roku 1993 skróceniu uległ jedynie Sejm V kadencji (2005-2007). Na potrzeby dalszych obliczeń przyjmujemy, że wybory będą co cztery lata a kadencje będą się zaczynały w listopadzie.

Spójrzmy na materiały z wycieku. Propozycja dostarczona Michałowi Dworczykowi zakładała:

• utworzenie konsorcjum złożonego z polskich uczelni i firm zajmujących się branżą kosmiczną
• wysłanie dwóch satelitów typu CubeSat 6U na orbitę Fobosa, większego księżyca Marsa
• finansowanie misji ze środków publicznych
• czas realizacji wynoszący „trzy lata do wystrzelenia plus oczekiwanie na okno kosmiczne dla lotu na Marsa, lot ok. 7/8 miesięcy”

Fragment kluczowy dla niniejszych rozważań odnajdujemy kawałek dalej: „Możliwy sukces w ramach jednej kadencji sejmowej” – jednak przy czteroletniej kadencji nie będziemy mieli żadnych rezerw na wypadek jakiegokolwiek poślizgu. Gdyby jednak wybory miała wygrać siła polityczna dla której rozwój rodzimej nauki i techniki ma znaczenie, to całość może się udać. Tylko… kiedy?

Cytowane maile Dworczyka pochodzą z lipca i sierpnia 2019. Gdyby prace wystartowały wraz z początkiem Sejmu IX kadencji – czyli w listopadzie 2019 – to… zabrakłoby czasu. Start musiałby odbyć się pod koniec sierpnia 2022 czyli z i tak ciasnego harmonogramu wypada cały kwartał. Jeśli więc nie wtedy, to kiedy?

Przerwijmy na chwilę narrację, aby przyjrzeć się z zewnątrz procesowi powstawania takiej blogonotki, jak niniejsza (albo ta, albo ta). Lepiej mi się pisze, gdy nie znam odpowiedzi na pytanie postawione na początku tekstu a obliczeń dokonuję w trakcie pracy nad artykułem – dzięki temu wynikami obliczeń bywam tak samo zaskoczony jak czytelnik. Nie jest to metoda optymalna, wymaga nawrotów i poprawek w tekście, ale z reguły warto. Czasem jednak nie warto, bo poznawszy odpowiedź mam ochotę palnąć się w czoło. Tak właśnie było w tym przypadku. Otóż…

Kolejnym Sejmem, który stanie przed możliwością realizacji misji na Marsa między początkiem a końcem kadencji będzie… ten następny, wybierany w roku 2023. Cóż, zamiast chwilę pomyśleć, od razu wziąłem się za tworzenie ilustracji i dopiero z niej odczytałem wynik. Mogłoby się wydawać, że taki plan B jest optymalny, jednak sytuacja w kraju wygląda jak wygląda i organizatorzy projektu Polski Mars raczej nie wstrzymują oddechu – certyfikat witryny www.polskimars.pl wygasł przeszło rok temu a konsorcjum projektowe nie zaistniało.

W takiej sytuacji następnym Sejmem, którego kadencja pomieści nie tylko trzy lata na budowę satelity, lecz także okno startowe i zapas czasu na dolot do Marsa, będzie Sejm XVIII kadencji, wybierany w roku 2055 i urzędujący do roku 2059. Zaznaczyłem to na poniższej ilustracji – kliknij aby ją powiększyć. Po lewej stronie widzimy miesiące i lata, po prawej kadencje, w środku możliwe misje (patrząc od góry – przygotowanie, start, dolot).

Jedna kadencja prezydencka

Pójdźmy za ciosem, rozważmy polską prezydenturę. Kadencja trwa pięć lat a od roku 1990 została przerwana tylko jeden raz – w kwietniu 2010, kilka miesięcy przed końcem urzędowania, w katastrofie lotniczej zginął prezydent Lech Kaczyński.

Który z przyszłych prezydentów będzie mógł zainaugurować prace badawcze a potem być świadkiem rozpoczęcia badań naukowych po wejściu satelity na orbitę Marsa?

Na powyższej ilustracji łatwo znaleźć odpowiedź – już następca Andrzeja Dudy będzie miał szansę zainaugurować misję zrealizowaną w całości podczas jego kadencji.

Jedna kadencja sejmowa i prezydencka jednocześnie

Teraz zagramy o pełną stawkę, czyli polską misję na Marsa, której „wymiar propagandowy” w ramach „jednej kadencji” obejmie tę samą kadencję sejmu i prezydenta. Rysowanie ramek w Excelu przestaje wystarczać, wykorzystajmy arkusz kalkulacyjny do… kalkulacji! Tu oczywiście nie da się pominąć obrazka ilustrującego arytmetykę dat Excela:

W takich sytuacjach najchętniej napisałbym skrypt w języku R, ale wydaje mi się, że arkusz Google Docs będzie rozwiązaniem o większych walorach edukacyjnych. Po kliknięciu w link powyżej zobaczysz coś takiego:

Każdy wiersz to osobny test, w którym wyznaczam datę kolejnego okna startowego, wyliczam datę rozpoczęcia misji (trzy lata przed startem), datę wejścia na orbitę Marsa (osiem miesięcy po starcie) a następnie sprawdzam, czy dwa ostatnie wydarzenia mieszczą się w pojedynczej kadencji sejmowej i prezydenckiej.

Będę szczery sam ze sobą – sprawdzanie pięćdziesięciu okien startowych od dziś do czerwca 2129 oraz ich korelacji z wyborami może być… przesadnym optymizmem. Historia Polski uczy nas wielu rzeczy, ale na pewno nie wiary w osiąganie celów systematyczną pracą wielu pokoleń. Niniejszy eksperyment jest jednak dostatecznie ciekawy, by zignorować tego typu zastrzeżenia i spojrzeć na wyniki.

Jeśli kadencje sejmu będą powtarzać się regularnie co cztery lata, 5 z 50 nadchodzących okien startowych pozwoli na realizację misji „Polski Mars” w ramach jednej kadencji sejmowej.

Jeśli kadencje prezydenta Najjaśniejszej będą powtarzać się regularnie co pięć lat, 7 z 50 nadchodzących okien startowych pozwoli na realizację misji „Polski Mars” w ramach jednej kadencji prezydenckiej.

Oba kryteria zostaną spełnione jednocześnie w dwóch oknach startowych – misja na Marsa przysporzy propagandowej chwały jednocześnie parlamentowi i prezydentowi podczas startów mających miejsce w roku 2058 oraz 2118.

Uwaga – arkusz zawiera kilka uproszczeń: ignoruje lata przestępne, różnice w czasach transferu międzyplanetarnego w kolejnych dekadach, dryft kadencyjny i takie tam (zakładam, że rozwój nauki i techniki zmniejszy ryzyko wynikające z kilku dni obsuwy). Chcesz sprawdzić alternatywne daty przyszłych wyborów? Wybierz opcję „Plik” → „Utwórz kopię”, powstanie kopia arkusza, która pozwoli ci na eksperymenty z parametryzacją – daty rozpoczęcia kadencji znajdują się w komórkach O1 oraz R1.

Podsumowanie

Powiedzmy to wprost – kosmos jest trudny. Trzy lata to niezbyt wiele czasu na zaprojektowanie i przygotowanie misji, wybudowanie i wyposażenie w aparaturę oraz zintegrowanie jednego lub dwóch satelitów, przygotowanie ich do startu, dostarczenie do jednej z kilku firm oferujących wynoszenie satelitów na orbitę, przygotowanie infrastruktury dla centrum kontroli i sterowania, zagwarantowanie finansowania misji w trakcie przewidywanego czasu jej trwania i tak dalej.

Oczywiście, sporą część tych wyzwań można rozwiązać dosypując funduszy i kupując istniejące rozwiązania – w końcu na orbitę okołoziemską trafiło już ponad 1600 satelitów w standardzie CubeSat. Z drugiej jednak strony CubeSaty wynoszone wyżej niż niska orbita okołoziemska to prawdziwa rzadkość, zaś na Marsa poleciały do tej pory zaledwie dwa satelity standardu CubeSat wyprodukowane przez NASA. Te szlaki nie są przetarte.

Pierwszy polski marsjański satelita były cennym uzupełnieniem bogatej kolekcji pierwszych polskich satelitów. Trudno jednak o przesadny optymizm, gdy główny członek zapowiadanego konsorcjum, jednocześnie operator dwóch obserwacyjnych CubeSatów wystrzelonych na niską orbitę w lipcu 2021, nie zaprezentował do stycznia 2022 ani jednego obrazu pochodzącego z tych urządzeń. Misja na Marsa byłaby o stokroć trudniejsza i należy poważnie zastanowić się, czy przy szacowanych kosztach rzędu 100 milionów złotych stać nas na ryzyko jednej wielkiej porażki.

Za połowę tej sumy można wysłać w przestrzeń z pół setki studenckich satelitów, by za kilkanaście lat mieć do dyspozycji kadry o dużo większym doświadczeniu i potencjale. Wówczas – mierząc siły na zamiary – moglibyśmy rozwijać rodzimy program eksploracji przestrzeni kosmicznej systematycznie, realizując misje o rosnącym stopniu złożoności. A dla nauki najlepiej byłoby, gdyby cele do zdobycia pozostały niezależne od kalendarza wyborczego.

---

PS: świadom jestem problemów z pisownią sejm/Sejm i uznaję się za pokonanego, wyszło jak wyszło