Kosmický průmysl potřebuje restart

Ekonomické přínosy kosmického výzkumu. Technologie vyvinuté na oběžné dráze. Jak to bylo s teflonem? Joystick a umělé srdce. Satelitní sítě. Robot šplhající po laně až na oběžnou dráhu...

Na naše otázky odpovídá Pavel Koten. Vystudoval astronomii na MFF UK a zde později i postgraduální studium. Pracuje v Astronomickém ústavu AV ČR v Ondřejově, kde se zabývá studiem meteorů a meteorických rojů. Zkoumá záření meteorů v atmosféře, strukturu meteorických částic a rozdíly mezi jednotlivými meteorickými roji. Kromě vědecké práce se věnuje i popularizaci astronomie, zajímá se rovněž o kosmické technologie a lety do vesmíru.

Jaké vlastně prozatím byly skutečné ekonomické přínosy kosmického výzkumu ve srovnání s náklady?
Jako velmi dobrý příklad užitečnosti kosmického programu se obvykle uvádí projekt Apollo. V jeho průběhu bylo investováno asi 21 miliard dolarů (v tehdejších cenách). Pozdější ekonomické studie ale ukázaly, že zisk Spojených států z technických novinek, které byly v rámci programu vyvinuty, překročil 100 miliard dolarů. To znamená, že každý investovaný dolar se vrátil 4-5krát.

Zdroje uvádějí, že jen v medicíně uplatněné původně kosmické technologie vygenerují v USA roční obrat přes miliardu dolarů. Jiným příkladem může být globální poziční systém GPS. Dnes jej využívají milióny lidí po celém světě a v roce 2003 činil celosvětový trh s GPS technologiemi 16 miliard dolarů. Analytici očekávají, že toho číslo vzroste na 68 miliard dolarů v roce 2010.

Obecně můžeme přínos kosmických programů rozdělit na přímý a nepřímý. Přímo vydělávají například telekomunikační či navigační systémy, nepřímo pak technologie, které byly vyvinuty pro kosmické projekty a potom jsou aplikovány v jiných oborech lidské činnosti. Kosmické agentury ESA či NASA mají pro tento účel dokonce specializované kanceláře, jejichž úkolem je vymyšlené novinky patentovat a ve spolupráci s komerčními firmami uvádět do praxe.

Jaké technologie jsou vedlejším produktem kosmických programů?
Technologií, které jsou vedlejším produktem kosmických programů, je celá řada. Jako příklad si můžeme vzít program amerického raketoplánu. Už více než stovka originálních technologií, pocházejících právě z tohoto projektu našla své uplatnění biotechnologiích, medicíně, výrobě nástrojů či potravin. Například miniaturní verze pumpy, která vhání palivo do spalovacích motorů raketoplánu, je použita při výrobě umělého srdce. Joysticky k ovládání počítačových her byly původně vymyšleny jako ovladače simulátoru raketoplánu sloužícího pro výcvik astronautů. Využití metod zpracování obrazu - vyvinutých původně pro účely analýzy snímků startu raketoplánu, snímků slunce či meteorologických jevů – našlo své uplatnění při vyšetřování trestných činů. A takových příkladů bychom našli spoustu.

Zajímavou otázkou je teflon. Někteří ho vydávají za největší úspěch kosmických programů, jiní to popírají. Jak je to doopravdy?
Máte pravdu, teflon bývá takto opravdu prezentován. Je to ale bohužel špatně zvolený příklad. Skutečně jej bylo využito během programu Apollo. Astronauté se po měsíčním povrchu procházeli ve skafandrech z materiálu obsahujícího vlákna potažená teflonem. Skutečnost je ovšem taková, že teflon byl objeven už v roce 1938 v laboratořích společnosti DuPont.

Přináší kosmický výzkum vznik nějakých revolučních komunikačních technologií, které se pak mohou uplatnit i v pozemských podmínkách? Vznikaly třeba satelitní sítě v nějaké vazbě na kosmický výzkum?
Telekomunikace jsou rozhodně velmi dobrým příkladem uplatnění kosmických technologií v běžném životě. Telekomunikační družice přenášejí telefonní hovory, televizní a rozhlasové vysílání, internetové spojení atd. V skutečnosti jsou právě telekomunikace největší částí civilního kosmického průmyslu.

Využití umělých družic umístněných na geostacionární dráze pro komunikační účely navrhl už v roce 1945 vědec a spisovatel sci-fi Arthur C. Clarke. Realizace jeho myšlenky mohla nastat až teprve po zahájení letů na oběžnou dráhu. Už s prvními družice bylo nutno nějakým způsobem komunikovat a odtud už chyběl jenom krůček k využití družice jako vysílače signálu zpět na zemský povrch. První komunikační družice Telstar 1 byla vypuštěna v roce 1962. Výhodou satelitních sítí je globální pokrytí, umožňující dodat signál i do odlehlých oblastí, kde to pozemskými technikami není možné.

V oblasti telekomunikací je dnes například rozšířený komunikační systém původně využívaný pro monitorování jednotlivých výprav raketoplánu, který umožňuje sledovat pohyby vozidel po zemském povrchu. Městům umožňuje tato technika sledovat pohyb vlastních vozidel, využívají jej i společnosti provozující dopravu, taxislužbu, převoz drahocenných či nebezpečných nákladů.

Přinesly výzkumy prováděné ve vesmíru nějaký přínos také pro medicínu/biotechnologie/zemědělství?
O některých medicínských aplikacích jsme už hovořili. Takových příkladů bychom mohli nalézt stovky. A nejedná se jenom o nové přístroje. Rovněž řada nových metod vyšetřování zdravotního stavu má svůj původ v kosmickém výzkumu. Uveďme například Holterův monitor, který zaznamenává EKG pacienta 24 hodin denně a je používán kardiology po celém světě. Původně byl vyvinut pro nepřetržité sledování zdravotního stavu astronautů. V beztížném stavu nelze některé tradiční lékařské metody vůbec použít, proto musely být vymyšleny jiné postupy. A ty byly posléze aplikovány zpětně v pozemských podmínkách. Typickým příkladem je nová metody okamžité analýzy tělních tekutin. Infračervené senzory pro měření teplot vzdálených hvězd a planet byly zase přeměněny v maličké teploměry, které, umístěny do lidského ucha, určí přesně během dvou sekund tělesnou teplotu.

Technologie realizované v beztížném stavu jsou samozřejmě závislé na levném spojení výrobních komplexů se zemských povrchem. V této souvislosti se často hovoří o výtahu na oběžnou dráhu. Nakolik se v tomto případě jedná o scifi a nakolik je projekt blízko praktické realizaci? Co představuje hlavní překážku?
Ačkoliv se myšlenka výtahu na oběžnou dráhu dlouhou dobu objevovala hlavně ve sci-fi – například velmi známý román A. C. Clarka „Rajské fontány“ – v současné době se touto otázkou lidé skutečně seriózně zabývají. Doba realizace takového projektu je ovšem stále těžko předvídatelná. Optimisté hovoří o desetiletí, realita bude zřejmě méně příznivá. Kosmický výtah, jednoduše řečeno, spočívá v umístnění kosmické stanice na geostacionární oběžnou dráhu a jejího spojení se zemským povrchem pomocí lana, po kterém by se nahoru a dolů přesouvaly „kabiny“ výtahu.
Největší překážku zcela jistě představuje právě ono nosné lano. Geostacionární dráha je ve výšce 36 000 km nad rovníkem. Tak dlouhé lano upletené z tradičních materiálů by se vlastní hmotností přetrhlo. Velké naděje jsou proto kladeny do uhlíkatých nanovláken, která mají zajímavé vlastnosti. Pevnost v tahu je stokrát větší než v případě oceli a hmotnost přitom 6x menší.
NASA letos vyhlásila soutěže, které by se mohly stát prvními krůčky k realizaci takového výtahu. V první soutěži se jedná právě o vyvinutí pevného lana, ve druhé o bezdrátový přenos energie robotu, který po tomto laně bude „šplhat“. A 10,5 kg vážící robot společnosti LiftPort Group Inc. jen před několika dny vystoupal do výšky 305 metrů po laně zavěšeném na balónu.

Jak hodnotíte smysl současných kosmických programů (americké raketoplány, mezinárodní kosmická stanice) a čím budou v nejbližší době nahrazeny?
Nutno říci, že lidstvo v tomto směru v posledních desetiletích poněkud stagnuje. Raketoplány jsou obecně považovány za zastaralé a zbytečně drahé. Současný ředitel NASA dokonce tento projekt označil za „omyl“. Nicméně se NASA ještě pár let bude muset na raketoplány spolehnout než se podaří vyvinout jejich nástupce.

Mezinárodní kosmická stanice je také často kritizovaným projektem, hlavně pro vysoké náklady, které její konstrukce vyžaduje. Nicméně ve srovnání s dřívějšími stanicemi je to kvalitativní krok kupředu. Na projektu se podílí řada států, které se zde „učí“ mezinárodní spolupráci na tak velkém projektu. Stanice nabízí možnost provádět v beztížném stavu dlouhodobé experimenty z řady oborů lidské činnosti. A z hlediska budoucnosti je asi nejdůležitější možnost zkoumat dlouhodobý vliv stavu beztíže na lidské tělo. Pokud by se lidstvo v budoucnosti vydalo například na Mars, budou se takové zkušenosti určitě hodit.

Domníváte se, že USA se podaří realizovat ambiciózní kosmický program vyhlášený prezidentem Bushem? (návrat na Měsíc, pilotovaný let k Marsu...)
Jak už bylo řečeno v předchozí odpovědi, současný kosmický program stagnuje a právě taková vize byla asi potřeba. Nedávno NASA oznámila detaily realizace návratu na Měsíc. Obecně byla tato představa přijata kladně. Současný ředitel NASA Michael Griffin se zdá být tou správnou osobou na svém místě. Nad svými předchůdci výrazně vyčnívá a právě on by měl být zárukou toho, že prezidentova vize dojde svému naplnění.

Co je nejdůležitější, plány nevyžadují další investice, vše by mělo proběhnout v rámci stávajícího rozpočtu NASA. Třebaže odhadované náklady mají přesáhnout 100 miliard dolarů, jsou rozloženy do minimálně 13 let. Při návratu na Měsíc bude pokud možno co nejvíce využito současného hardwaru – vnější palivové nádrže raketoplánu, jeho hlavní raketové motory či raketové motory na pevné palivo. To jsou všechno komponenty, které jsou na raketoplánu „povedené“. Zcela nová bude kosmická loď pro posádku. Více než současnému raketoplánu se bude podobat lodím Apollo, oproti nim bude ale větší, modernější a vícenásobně použitelná.

Přinášejí kosmické programy Indie a Číny s sebou něco nového, nebo jde spíše o průvodní jev rostoucího sebevědomí těchto zemí?
Oba státy se v kosmickém prostoru „derou“ kupředu, což samozřejmě je částečně vyjádřením jejich rostoucího sebevědomí. A v případě Číny se jistě jedná i o jakousi „výkladní skříň“ komunistického režimu. Na druhou stranu jsou jejich kosmické programy opravdu pragmatické. Jedná se o nejlidnatější státy světa, obrovské rovněž svojí rozlohou. To si samo o sobě říká o využití kosmických prostředků pro dálkový průzkum, hledání nových ložisek surovin, mapování úrody, znečištění či přírodních katastrof, pokrytí rozsáhlých území telekomunikačním signálem atd. A nesmíme zapomínat i na využití pro vojenské a špionážní účely.

Své kosmické programy vybudovaly obě země převáženě vlastními silami od úplných začátků a využívají přitom spíše tradičních metod přístupu do kosmu. Mezi jejich výhody patří levná pracovní síla, což ji umožňuje nabídnout na světovém trhu vynášení družic do vesmíru za nižší ceny než jsou schopni operátoři ve vyspělých státech. Nezanedbatelné jsou rovněž jejich ambice směřující k Měsíci. Někteří pozorovatelé se dokonce domnívají, že v příštím desetiletí se znovu zopakuje závod o Měsíc, tentokrát ale mezi Spojenými státy a Čínou. Uvidíme.

Média věnovala značnou pozornost firmě SpaceShipOne. Jakým způsobem pokračuje kosmický program realizovaný mimo vládní programy? Jaká je budoucnost kosmických letů realizovaných na komerčním základě? Jaké firmy se v této oblasti angažují, jaký je jejich obchodní model a odkud získaly kapitál?
Už dříve se řada komerčních firem věnovala vlastním kosmickým programům, mnohé ovšem neúspěšně a to většinou z finančních důvodů. Nyní je situace o něco lepší. SpaceShipOne ukázala, že to skutečně jde. V současné době existuje hned několik projektů, které si kladou za cíl komerční lety za hranici zemské atmosféry, i když většinou jen lety suborbitální. Co je důležité, za těmito projekty stojí bohatí investoři. Například Virgin Galactic Richarda Bransona (Virgin Goup) by ráda vozila turisty na krátké výlety do vesmíru již za několik let.

Zajímavé je, že často pochází kapitál těchto firem z oboru informačních technologií. Však také hlavním mecenášem SpaceShipOne byl jeden ze zakladatelů Microsoftu Paul Allen. Elon Musk, který zbohatl na systému PayPal, založil společnost SpaceX, která vyvíjí rakety Falcon. První z nich by měla mít svou premiéru ke konci října. SpaceX má podepsány kontrakty na vynesení dalších družic. Do kosmického programu se pustil rovněž Jeff Bezos, zakladatel Amazonu. Jeho společnost Blue Origin se zabývá vývojem komerčních kosmických lodí. A takovýchto příkladů bychom našli celou řadu.

Osobně doufám, že alespoň některé z těchto projektů budou úspěšné. Stávající giganti jako Boeing či Lockheed Martin jsou příliš těžkopádní a staví své rakety příliš drahé. Něco se musí určitě změnit, jinak budou lety do vesmíru pořád jen pro hrstku vyvolených. Řečeno slovy Elona Muska „kosmický průmysl potřebuje pořádný restart!“