Rozmowa z Arturem B. Chmielewskim, synem Papcia Chmiela, menedżerem misji kosmicznych NASA
Nasza wiedza o Układzie Słonecznym przechodzi obecnie rewolucję, a eksploracja kosmosu demokratyzuje się – mówi Artur B. Chmielewski, syn rysownika Papcia Chmiela, menedżer misji sond kosmicznych agencji NASA.
MARCIN ZWIERZCHOWSKI: – Jak wyglądała pana droga z Polski do NASA?
ARTUR B. CHMIELEWSKI: – Moja mama rozwiodła się z moim ojcem, Papciem Chmielem, bo w pewnym momencie stwierdziła, że konkurowała z Tytusem przez 30 lat, i to już wystarczy. Wyjechała do Stanów, żeby odwiedzić pielęgniarkę, która uratowała jej życie w obozie koncentracyjnym. Ja w tym czasie szykowałem się do egzaminów na politechnikę, ale przyjechałem do mamy do USA, gdy dostałem szansę, żeby dostać się na Uniwersytet Michigan. Była to dla mnie okazja, by być bliżej wymarzonego NASA. Przez cztery lata najpierw studiowałem fizykę, a w końcu mechanikę. Gdy po studiach przyszedł czas na szukanie pracy, udało mi się umówić jedenaście rozmów kwalifikacyjnych. Otrzymałem dziesięć ofert. Kto jako jedyny nie zaproponował mi posady? NASA.
Minęło dużo czasu, zanim w końcu dostałem się do Laboratorium Napędu Odrzutowego (JPL) NASA w Pasadenie. Wymagało to wiele wytrwałości, z ang. perseverance, i do tej pory, gdy słyszę o marsjańskim łaziku Perseverance, budzi to we mnie skojarzenia z moją drogą do miejsca, w którym teraz jestem.
Proszę je opisać.
Brałem udział w 15 misjach kosmicznych. Statki, które projektowałem, leciały na Jowisza, Saturna, asteroidy, komety, obserwowały czarne dziury i podlatywały blisko Słońca. Pracowałem z najnowszymi technologiami i najmądrzejszymi ludźmi na świecie, również noblistami. W przypadku kilku z tych misji pełniłem funkcję ich kierownika, co było prawie tak stresujące, jak wychowywanie nastolatków (śmiech). Gdy trzeba podejmować decyzje o wydatkach rzędu kilkuset milionów dolarów albo gdy pojawiają się problemy techniczne, człowiek z nerwów budzi się w środku nocy, a zęby pękają mu od zgrzytania.
Co nas czeka w kwestii Marsa w najbliższej przyszłości?
W tej chwili mamy tam łazik Perseverance, świetnie lata też helikopter Ingenuity. Jestem odpowiedzialny za zaplanowanie
następnej misji helikoptera na Marsa. Ten, który znajduje się tam obecnie, to tylko test: Ingenuity jest wielkości pudelka od butów. W pierwszych sześciu lotach sprawdzaliśmy, czy może faktycznie latać, bo to bardzo trudne. Atmosfera Marsa ma tylko procent gęstości atmosfery Ziemi, stąd symulacje lotów są skomplikowane, bo musimy je przeprowadzać w niemalże próżni. W JPL w Pasadenie mamy komorę próżniową o wymiarach ok. 8 na 10 m. Dlatego następny helikopter, który budujemy, będzie miał 4 m, żebyśmy mogli go tam zmieścić. Wyposażymy go też w sześć albo osiem wirników.
Po co wysyłać helikopter na Marsa?
Właśnie analizujemy dane z pierwszych sześciu lotów Ingenuity i każdy następny planujemy jako bardziej zbliżony do tego, co następny helikopter będzie robił na Marsie, czyli badał stoki, jaskinie, wąwozy w czapach lodowych i wszystkie inne miejsca, gdzie łaziki nie mogą wjechać.
Zasięg takiego kołowego pojazdu jest bardzo mały. Curiosity przez swoje 9 lat służby przejechał 25 km. Łazik zwykle przemierza ok. 100 m dziennie, gdyż nie potrafi sam rozpoznać, czy np. to, co widzi przed sobą, to cień czy dziura. Planujemy, że helikopter pokona nawet 500 km w pół roku. To nasza następna misja. Perseverance będzie do tego czasu zbierał próbki skał z Marsa i następny łazik, europejski, znajdzie je, załaduje do rakiety, która zostanie wystrzelona na orbitę Marsa, skąd zostaną przejęte przez następną rakietę i przywiezione na Ziemię. Powinny do nas dotrzeć ok. 2031 r.
Zabawne jest to, że na Marsa wróciła właśnie skała, która pokonała bardzo dużą odległość. W zamierzchłej przeszłości w Czerwony Glob uderzył ogromny meteoryt, wyrzucając w przestrzeń jego fragmenty, a jeden z nich przeleciał setki milionów kilometrów i dotarł na Ziemię. Ten kawałek umieściliśmy na łaziku Preserverance w celu kalibracji naszych instrumentów pomiarowych. Tak więc ludzkość zwróciła już Marsowi jego fragment.
Teraz czekamy na powrót próbek z Czerwonej Planety, co będzie dużo NASA kosztować, może nawet 6 mld dol., stąd robimy to z Europejczykami. Mam nadzieję, że Polska Agencja Kosmiczna (POLSA), która świetnie współpracuje z Europejską Agencją Kosmiczną, również odegra w tym projekcie jakąś rolę. Dalsze plany co do Marsa są równie interesujące, bo szykowane są komercyjne misje, a NASA myśli o wysłaniu ludzi. Deklarowane daty, jeżeli chodzi o misje załogowe, to 2033 r. w przypadku lotu na Marsa oraz 2043, jeżeli chodzi o budowę tam stałych baz.
W przypadku lotu planowanego na 2033 r. mamy sytuację analogiczną do Apollo 10 i Apollo 11 – ci drudzy wylądowali
na Księżycu, ci pierwsi przelecieli się dookoła i wrócili. Taki sam plan mamy w przypadku Marsa – pierwsza misja ma okrążyć planetę i wrócić bez lądowania. Rozważany jest pomysł, by jednak zrobili przystanek na księżycu planety, Fobosie. Taki manewr jest łatwiejszy – nie trzeba borykać się z wysokimi temperaturami podczas wchodzenia w atmosferę, słabsza jest również grawitacja, dzięki czemu da się wylądować i wystartować bez dużego zużycia paliwa. Planowanych jest też kilka misji, które pozwolą nam zajrzeć pod powierzchnię Marsa. Nasza wiedza o tej planecie powoli się zmienia. Dotarliśmy już do kilku miejsc, umieściliśmy kilkadziesiąt instrumentów badawczych na powierzchni. Przyświecało nam motto: „Follow the water”, czyli podążaj za wodą, bo tam, gdzie jest płynna woda, energia i węglowodory, może zachodzić synteza tych ostatnich w jakieś prymitywne życie. Stąd wszędzie w Układzie Słonecznym szukamy wody w stanie ciekłym.
Kiedyś myśleliśmy, że Ziemia – ze swoimi oceanami, rzekami czy jeziorami – jest unikalnym miejscem. Okazuje się jednak, że wody w naszym układzie planetarnym jest bardzo dużo, tylko schowanej pod powierzchnią księżyców i planet. Na Tytanie czy Enceladusie, księżycach Saturna, pod lodowymi skorupami znajdują się prawdziwe oceany. Podobnie jak na Europie i Ganimedesie, księżycach Jowisza. Tam może być życie.
Na powierzchni Marsa nie znaleźliśmy jeszcze jego śladów. Atmosfera jest kiepska, a pole magnetyczne nie chroni przed promieniowaniem kosmicznym tak jak ziemskie. To wszystko sprawia, że organizmom żywym ciężko byłoby przetrwać w takich warunkach. W nocy temperatura na Marsie spada do minus stu stopni, w dzień oscyluje w okolicach zera, na równiku czasami występują nawet temperatury dodatnie. Na planecie jest woda, ale na północy i południu w postaci czap lodowych. A w lodzie, wedle obecnej wiedzy, życie powstać nie może.
Za to im głębiej pod powierzchnią, im bliżej jądra planety, tym temperatura robi się wyższa. Kilka kilometrów w głębi Marsa może występować woda w stanie ciekłym.
Kiedyś na Marsie było jej bardzo dużo. Tam, gdzie wylądował łazik Perseverance, znajdowało się jezioro i delta rzeki. Nie wiemy jednak, co się stało z tą wodą.
Jak jej szukać pod powierzchnią Marsa?
Pracujemy nad różnymi instrumentami, które nam to umożliwią. Chcemy wykorzystać rezonans magnetyczny, by zbadać, jak odbijają się fale elektromagnetyczne, bo to pomogłoby nam sprawdzić, czy te siedem kilometrów pod skorupą jest woda. Wiercić tak głęboko nie możemy, chociaż rozmawiałem ostatnio z dr. inż. Adamem Zwierzyńskim z Akademii Górniczo-Hutniczej, który opracowuje prototypy głębokich świdrów kosmicznych. Idźmy dalej niż Mars. Na ile znamy Układ Słoneczny, co odkryły dotychczasowe misje? Nasza wiedza o Układzie Słonecznym przechodzi obecnie rewolucję. Dużo więcej wiemy już w ogóle o wszechświecie. Na przykład jeszcze jakieś 15–20 lat temu dyskutowano, czy nasz Układ Słoneczny jest unikalny pod tym względem, że wokół gwiazdy krążą planety typu Ziemia. Dopiero 6 lat temu Kosmiczny Teleskop Keplera odkrył podobną do naszej planetę, która mogłaby być zamieszkana. Obecnie znamy już ok. 4,5 tys. planet poza Układem Słonecznym i potrafimy rozpoznać te podobne do Ziemi. Jest ich ok. 30. U mnie w pracy, w JPL, w jednym budynku zawieszona została tablica elektroniczna, która pokazuje, ile do dzisiaj odkryto takich planet.
Sądziliśmy również, że woda w tak olbrzymich ilościach występuje tylko na Ziemi. Na innych planetach miała wyparować lub cała zamarznąć. To nieprawda. Obecnie odkrywamy kolejne tzw. światy wodne, na których jest jej więcej niż na Ziemi. Gdzie one są?
Jako młody inżynier pracowałem nad generatorami nuklearnymi w ramach misji sondy Galileo, która badała Jowisza. Teraz przygotowujemy misję Europa Clipper. Księżyc Europa budzi nasze zainteresowanie, bo choć jego powierzchnię skuwa lód, to kilometr, może dwa, w głąb znajduje się ocean wody. Mamy więc ją w stanie ciekłym, ochronę przed promieniowaniem w postaci pokrywy lodowej, a także ciepło, podobnie jak w ziemskich głębinach oceanicznych, gdzie życie kwitnie w pobliżu pęknięć tektonicznych i kominów hydrotermalnych.
Ciekawym miejscem jest również Tytan, księżyc Saturna. Przed laty pracowałem przy misji sondy Cassini, która wykonała pierwsze zdjęcia jezior metanu i etanu na jego powierzchni. Pod pokrywą lodową jest natomiast ocean wodny. Znów: mamy wodę, mamy metan, z którego mogą syntetyzować się skomplikowane cząsteczki organiczne, jest też ciepło. Istnieją więc warunki do powstania życia.
Naszym priorytetem będzie zatem zajrzenie pod lód, dlatego pracujemy nad technologią zwaną EELS (Exobiology Extant Life Surveyor). To roboty wyglądające jak węgorze [eel to po angielsku węgorz – red.], które mają poszukać pęknięć w pokrywach lodowych i spróbować się dostać pod ich powierzchnię do ciekłej wody. Tytan fascynuje nas również dlatego, że obecnie wygląda tak, jak Ziemia 3,8 mld lat temu – teraz nasza planeta to tzw. niebieska kropka, a kiedyś była pomarańczowa, jak Tytan. Badając ten księżyc, może zrozumiemy, jakie warunki panowały na Ziemi, gdy powstawały pierwsze bakterie.
Na rok 2028 jest też planowana misja Trident, która poleci na Tryton, księżyc Neptuna. Jestem z niej bardzo dumny, ponieważ kierowałem zespołem w JPL, który rozpoczął proces jej projektowania. To też jeden z tzw. wodnych światów.
W misji tej miała chyba brać udział Polska?
Tak, kilka lat temu rozmawiałem z Polską Agencją Kosmiczną, by dorzucili maleńki pojazd, bardzo tani zresztą, wyposażony w kamerkę i może magnetometr. Oddzieliłby się od głównej sondy w czasie przelotu obok Neptuna i Trytona (a po 13–14 latach lotu mielibyśmy tylko około półgodzinne okienko na wysokiej rozdzielczości zdjęcia) i wykonał fotografie tego, co dzieje się po drugiej stronie planety. Statek-matka przelatuje tylko z jednej strony i to zawsze jest problem dla naukowców. Moglibyśmy, mając pełny obraz, policzyć kratery i z tym wynikiem oszacować wiek planety czy księżyca. Jak również sprawdzić, czy po drugiej stronie są wulkany, może nawet lodowe, bo niedawno odkryliśmy w Układzie Słonecznym, że istnieją takie, które wyrzucają z siebie tylko lód. Gdy zapadnie decyzja o budowie Trident, mam nadzieję powrócić do rozmów o polskim udziale w tej misji. To byłoby niesamowite!
Rzecz jasna interesują nas także inne miejsca w Układzie Słonecznym, m.in. asteroidy, w których jest dużo wody. Pracuję właśnie z pewnym znanym naukowcem nad prywatną misją, o której nie mogę na razie mówić zbyt wiele, poza tym, że jej zadaniem jest przechwycenie obiektów pochodzących ze znajdującego się za orbitą Neptuna Pasa Kuipera. Kilka z nich zostało już przyciągniętych do środka Układu Słonecznego, a interesują nas, gdyż pochodzą z początków budowy naszego układu planetarnego.
Są jakieś planety, które praktycznie zostały pominięte podczas misji kosmicznych?
Uran i Neptun. Naukowcy nazywają je lodowymi olbrzymami. Są masywne, składają się głównie z pierwiastków cięższych od helu i wodoru, takich jak siarka, azot, węgiel i tlen. Okazuje się, że modelowanie tego, jak formował się wszechświat, jak materia gromadziła się i zbijała się w planety, sprawdza się dla planet skalistych, jak Ziemia, Mars czy Merkury, oraz gazowych, jak Jowisz i Saturn, ale nie tłumaczy tego, jak powstały właśnie Neptun czy Uran. A przecież tego typu lodowe olbrzymy – wnioskując z naszej obserwacji wszechświata – stanowią większość, chyba nawet ok. 60 proc. wszystkich planet. Ale nie wiemy, jak one powstały! Podobnych pytań jest mnóstwo. Nowością jest fakt, że obecnie badaniami kosmosu zajęli się prywatni gracze.
Kiedyś były tylko NASA i ZSRR, potem dołączyła Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), teraz natomiast następuje coś, co my nazywamy demokratyzacją przestrzeni kosmicznej. Bierze się to stąd, że statki kosmiczne stały się o wiele tańsze. Jeszcze do niedawna wysłanie pojazdu na orbitę okołoziemską kosztowało ok. 100 mln dol. O wiele droższe były statki międzyplanetarne – Galileo, nad którym pracowałem, kosztował miliard, Cassini 1,5 mld, a łazik Perseverance – aż 2,5 mld dol. Nawet ten maleńki testowy helikopter, który z nim wysłaliśmy, pochłonął 70 mln dol. To są bajońskie sumy. Stąd przez długi czas podobne misje były sponsorowane wyłącznie przez państwowe agencje, takie jak NASA, która ma budżet na poziomie 20 mld dol. rocznie. Analogicznie rzecz miała się z komputerami, które w latach 50. czy 60. były maszynami wielkości pokoju i pozwolić sobie na nie mogły tylko jakieś duże instytucje, więc dysponowano tylko kilkoma w danym kraju. Następnie zaczęły powstawać komputery stacjonarne, wciąż bardzo drogie, które kupowały firmy – ale takie jednostki kosztowały już 20–30 tys. dol., a nie 20–30 mln. Z czasem przyszły komputery osobiste, później laptopy, a obecnie smartfony. To właśnie demokratyzacja rynku komputerów. A dla mnie demokratyzacja kosmosu jest jeszcze ciekawsza. Dlaczego?
Obecnie przemysł kosmiczny rozwija się w wielu krajach i m.in. Polska zaczyna być graczem na tej arenie – buduje CubeSaty [miniaturowe sztuczne satelity – red.] i wystrzeliwuje je na orbitę. Takie CubeSaty kosztują już tysiące, a nie miliony dolarów. Stąd pozwolić sobie na nie mogą uniwersytety czy małe firmy. A państwo, takie jak Polska, stać nawet na misję międzyplanetarną. Trzeba tego trochę bardziej chcieć, ale na pewno jest to w zasięgu. W USA dochodzi już nawet do tego, że sklepy zastanawiają się, czy nie warto wystrzelić takiego miniaturowego satelity, by np. śledzić ruch pojazdów odwiedzających daną placówkę, gromadzić różne dane o klientach.
Sam jestem z NASA, ale pracuję obecnie nad prywatną misją o nazwie Oaza (Oasis), którą sponsoruje Katar. Ma ona wykorzystać technologię stosowaną na Marsie, by poszukiwać wody pod powierzchnią Sahary. W przypadku północnej Afryki czy Półwyspu Arabskiego woda to surowiec strategiczny, od jej dostępności zależy stabilność w regionie. Dlatego mówi się, że to „nowa ropa naftowa” i stąd prywatne finansowanie.
Jak wygląda relacja NASA z takimi przedsiębiorstwami, jak SpaceX założone przez Elona Muska?
Takie firmy budują rakiety i dostają na to pieniądze z NASA, która, jak się w niej mówi, powinna konstruować tylko ten pierwszy egzemplarz. Wziąć na siebie ryzyko i duży koszt budowy prototypu, których nie udźwignęłaby nastawiona na zysk prywatna firma. I tak to powinno wyglądać.
Zważywszy na obecną przychylność opinii społecznej wobec eksploracji kosmosu, NASA może spokojnie patrzeć w przyszłość i planować następne misje?
Nasz przemysł kosmiczny nie jest częścią polityki. I nieważne, kto jest prezydentem, jaka partia rządzi, NASA otrzymuje – na szczęście – wsparcie. Weźmy przykładową misję, choćby tę, nad którą obecnie pracuję, czyli budowa marsjańskiego helikoptera. Jest rok 2021, właśnie zaczęły się rządy demokraty Joe Bidena. Pojazd będziemy budować przez kolejnych 5–6 lat, czyli dłużej niż jedna kadencja prezydenta. Władza się może zmienić. Helikopter wyślemy ok. 2031 r. – musimy rozłożyć budżet, zbudować odpowiednie zminiaturyzowane instrumenty, opracować nowe technologie. To dekada od teraz. Dane z tej misji będą zbierane ok. 2032 r. Tych kadencji robi się więc nam kilka. Gdybyśmy traktowali to wszystko jako sprawę polityczną, nic byśmy nie mogli zbudować, nigdzie byśmy nie polecieli.
Tutaj wszyscy politycy popierają NASA. Coś takiego przydałoby się zrozumieć Polsce, gdzie zainteresowanie kosmosem jest ogromne. Również dlatego, że przemysł kosmiczny tworzy wynalazki, dzięki niemu powstały iPhone’y czy telewizja satelitarna. Na przykład już 20 lat temu pracowałem nad tzw. giętkim mikroprocesorem, który obecnie mógłby zostać umieszczony w T-shircie jako telefon komórkowy, którego nie trzeba nosić w kieszeni, bo jest wprasowany w koszulkę. Potrzebowałem go do mojej nadmuchiwanej anteny, mającej z orbity badać czarne dziury za pomocą fal radiowych.
Eksplorację kosmosu warto popierać nie tylko dlatego, że dzięki temu lepiej rozumiemy wszechświat. To inwestycja w naszą ekonomię, inżynierów, naukowców i miejsca pracy. Dlatego cieszę się, że Polska coraz bardziej zaczyna się interesować sektorem kosmicznym.