Program Stella. Samoloty JAS‑39 Gripen zamiast kosmodromu

Jak wysłać ładunek na orbitę? Najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem są duże, ciężkie i drogie rakiety nośne, których użycie wymaga zbudowania kosztownej infrastruktury. Ogromna ilość paliwa jest wówczas zużywana w początkowej fazie lotu, gdy rakieta odrywa się od Ziemi i pokonuje najniższe, gęste - generujące największe opory - warstwy atmosfery.

Problem ten można częściowo rozwiązać, zmieniając wysokość, z której startuje rakieta i wynosząc ją w powietrze za pomocą samolotu, lepiej dostosowanego do lotu w niskich warstwach atmosfery. Choć gabaryty rakiety – a tym samym masa przenoszonego przez nią ładunku - są wówczas ograniczone, do rozpoczęcia misji kosmicznej wystarczy zwykłe lotnisko i samolot.

Ten właśnie pomysł chcą zrealizować Szwedzi, którzy rozpoczęli w tym celu program badawczy Stella. Jego rozpoczęcie wpisuje się w nową, przyjętą na początku lipca przez Szwecję "Strategię kosmiczną w zakresie obrony i bezpieczeństwa", której celem jest "zabezpieczenie interesów Szwecji w zakresie obronności i bezpieczeństwa w przestrzeni kosmicznej".

Zobacz także: Rozpoznasz te myśliwce i bombowce?

Jest to zgodne z natowską decyzją, by przestrzeń kosmiczną traktować jako piątą domenę operacyjną, czyli obszar prowadzenia działań militarnych. Cztery pozostałe to ląd, morze, powietrze i cyberprzestrzeń.

Celem programu Stella jest sprawdzenie możliwości wynoszenia na orbitę niewielkich ładunków za pomocą rakiety startującej z samolotu. Rozwiązanie to było już przedmiotem badań Królewskiego Instytutu Technologii KTH w Sztokholmie. Zdaniem badaczy pomysł jest możliwy do realizacji w przypadku niewielkich, 2-kilogramowych ładunków. To niewiele, ale wystarczy do umieszczenia na orbicie nanosatelity.

Inicjatywą zainteresowała się szwedzka armia. Jak stwierdziła pułkownik Ella Carlsson, szefowa Wydziału Kosmicznego Szwedzkich Sił Powietrznych, inspiracją stał się jeden z wywiadów, w którym były dyrektor Ukraińskiej Agencji Kosmicznej twierdził, że możliwość szybkiego umieszczenia satelity na orbicie za pomocą samolotu byłaby bardzo pożądana przed rosyjską agresją.

Szwedzkie wojsko ma przy tym istotne zastrzeżenia. Warunkiem kontynuacji programu Stella jest potwierdzenie, że rakieta z ładunkiem będzie mogła startować spod samolotu JAS-39 Gripen. Chodzi przede wszystkim o weryfikację, czy nie będzie wymagało to wprowadzenia zmian w samym samolocie.

Warto zauważyć, że Szwedzi nie są pierwsi – podobne badania rozpoczęli w 2019 roku Włosi, którzy w roli nosiciela rakiet kosmicznych chcą wykorzystać samoloty Eurofighter Typhoon. Warty wspomnienia jest także przerwany amerykański program ALASA.

Prowadzony przez DARPA program badawczy miał na celu sprawdzenie możliwości wynoszenia satelitów na orbitę przez rakietę, wynoszoną w powietrze przez samolot F-15. Według założeń programu miała to być odpowiedź na ryzyko zniszczenia infrastruktury kosmicznej w podczas ewentualnego konfliktu zbrojnego.

Warto zauważyć, że choć program ALASA został porzucony, nie porzucono pomysłu, aby misje kosmiczne realizować bardzo szybko po podjęciu takiej decyzji.

Przykładem są misje w czasie których – co prawda z wykorzystaniem tradycyjnych rakiet nośnych Firefly Alpha – Pentagon sprawdza możliwość superszybkiego wynoszenia na orbitę ładunków, które mają ruszać w kosmiczną podróż zaledwie kilkadziesiąt godzin od podjęcia takiej decyzji. W czasie zrealizowanej we wrześniu 2023 roku misji Victus Nox czas od decyzji do startu wyniósł zaledwie 27 godzin.

Tak tempo ma pozwolić m.in. na szybką odbudowę konstelacji satelitów zwiadowczych, uszkodzonych lub celowo zniszczonych na orbicie w wyniku działań nieprzyjaciela.

Latające platformy startowe, a zarazem rakiety o znacznie większej masie wykorzystuje także eksploatowany od lat 90. XX wieku system Northrop Grumman Pegasus. Został on opracowany przez firmę Orbital Sciences Corporation i korzysta z rakiet Pegasus i Pegasus XL o długości do 17,6 m i masie sięgającej 23 ton.

Trzystopniowa rakieta jest w stanie umieścić na niskiej orbicie ładunek o masie 443 kg, a start wykonywany jest spod samolotu (m.in. B-52), który wynosi rakietę na pułap 13 tys. metrów. Do tej pory zrealizowano w ten sposób 45 różnych misji, z których ostatnia odbyła się w 2021 roku.

Podobne rozwiązanie rozwijała firma Virgin Orbit, używająca w roli platformy startowej samolotu Boeing 747 i rakiety LauncherOne. W 2023 roku jej rozwiązania zostały przejęte przez firmę Stratolaunch Systems, eksploatującej inną, latającą, kosmiczną platformę startową - dwukadłubowy, największy na świecie samolot Stratolaunch.

Jeszcze w 2022 roku Polska Agencja Kosmiczna (POLSA) podpisała z Virgin Orbit list intencyjny w sprawie startów z terytorium Polski zestawów LauncherOne.

Polska prowadzi także badania nad użyciem wojskowych samolotów w roli platform startowych dla rakiet kosmicznych. Wydział Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa WAT we współpracy z Instytutem Lotnictwa - Siecią Badawczą Łukasiewicz zweryfikował m.in. możliwość użycia wycofywanych z wojska samolotów MiG-29 i Su-22.

Ich wykorzystanie w roli platform startowych miałoby uniezależnić Polskę – budującej na razie stosunkowo niewielkie satelity – od dostępności przestrzeni ładunkowej w rakietach, wynoszących na orbitę większe ładunki na potrzeby innych państw.

"Wielkie programy kosmiczne, jakie prowadzą Amerykanie, Rosjanie, Chińczycy czy Europa (…) są dostępne tylko dla krajów, które na to stać. Polacy uczestniczą w nich na zasadzie "piggyback", czyli nasz ładunek może być dołączony do ładunku głównego, a jego wystrzelenie wiąże się z kilkuletnim oczekiwaniem w kolejce (…)." – tłumaczy dr inż. Piotr Zalewski z WAT.

Istotną kwestią jest w tym przypadku nie tylko udźwig samolotów, ale także dostępność odpowiednio rozległego poligonu lotniczego. Jest to konieczne ze względów bezpieczeństwa – dlatego kosmodromy są budowane na terenach słabo zaludnionych (jak Bajkonur w Kazachstanie, ELS w Gujanie Francuskiej, Andoya w Norwegii czy Esrange w Szwecji), albo – jak w przypadku USA – nad oceanem, gdzie ewentualna katastrofa rakiety kosmicznej nie spowoduje zniszczeń na ziemi.

"Realne jest umieszczenie rakiety z satelitą np. pod skrzydłami lub kadłubem samolotu, który wystartuje z lotniska w Polsce i poleci nad Morze Północne, gdzie rakieta odłączy się i wykona lot w bezpiecznej strefie. Nie bylibyśmy wówczas zdani na Amerykanów czy Agencję Europejską, nie trzeba by było czekać w kolejce na przyłączenie się do dużego ładunku" – zauważa dr inż. Zalewski.

Przeprowadzone w Polsce badania potwierdziły, że – po modyfikacji – wycofywane przez lotnictwo samoloty byłyby zdolne do wynoszenia w powietrze rakiet o masie 2-4 ton. "Biorąc pod uwagę osiągi i możliwości niektórych samolotów myśliwskich, rakieta o wymaganych parametrach może być przez nie przenoszona. Oznacza to, iż ładunek kosmiczny o masie 10 kg samoloty mogą wystrzelić na tzw. niską orbitę okołoziemską (500–700 km)" – ustalili badacze.