Przejdźmy się wśród gwiazd

Celem kosmicznego spaceru najczęściej jest żmudna, ciężka i niebezpieczna robota poza statkiem. Astronauci wychodzą dzisiaj w otwartą przestrzeń tylko w wyjątkowych sytuacjach, gdy trzeba coś koniecznie wymienić lub naprawić, a nie ma możliwości, by dokonać tego inaczej. Wyjątkami były pierwsze wyjścia, generalnie nazwane potem przez Amerykanów spacerami lub – bardziej fachowo – czynnościami pozapojazdowymi, a więc extra-vehicular activity (EVA). Chodziło wtedy o zdobycie wiedzy na temat tego, czy człowiek w ogóle może – odpowiednio zabezpieczony oczywiście – jakiś czas przebywać w kosmosie. Jednak określenie „spacer” jest tu nieco mylące – to raczej prawdziwy kosmiczny wyczyn.

Pierwszy w przestrzeń kosmiczną wyszedł Rosjanin Aleksiej Leonow – 18 marca 1965 r., podczas trwającej dwa dni misji statku Woschod 2. Przebywał tam 12 min i był asekurowany za pomocą kilkumetrowej liny przytwierdzonej do kadłuba lądownika. Ten pierwszy spacer omal nie skończył się wielką katastrofą. Kiedy Leonow przebywał poza statkiem, ciśnienie tlenu w jego skafandrze spowodowało, że ochronny strój bardzo się powiększył i kosmonauta nie mógł wrócić na pokład Woschoda 2. Cudem tylko wcisnął się przez właz do śluzy lądownika, gdzie udało mu się zmniejszyć ciśnienie w skafandrze. Jednak podczas tych manewrów niechcący zawadził fragmentem liny ubezpieczającej o przełącznik regulacji ciśnienia tlenu ulokowany w samym lądowniku, co doprowadziło do bardzo dużego podniesienia tego ciśnienia w statku. Gdyby wówczas pojawiła się najmniejsza iskra, na lądowniku doszłoby do potężnego wybuchu. Wyobraźmy to sobie: jest 1965 r., nic nie wiemy o przebywaniu w kosmosie, maleńki Woschod 2 znajduje się na orbicie, a w nim tylko dwóch kosmonautów. I teraz jeden z nich po raz pierwszy w historii ma wyjść na zewnątrz. Wprost w kosmos! Trudno przecenić odwagę Leonowa. Niewielu sprostałoby takiemu wyzwaniu.

Potem procedurę spacerów znacznie ulepszono – zresztą wkrótce po Leonowie w przestrzeń kosmiczną wyszedł Amerykanin Edward White – ale astronautę ciągle łączyła ze statkiem lina zabezpieczająca przed niekontrolowanym oddaleniem się, a niekiedy dodatkowy przewód dostarczał mu tlen (nadal takie wyjścia z liną są czasami realizowane). Potem rozpoczęła się, trwająca do dziś, era wyjść niezabezpieczonych, podczas których kosmonauta pozostaje całkowicie swobodny, a porusza się dzięki własnemu systemowi napędowemu, złożonemu z kilku małych silników. System podtrzymywania życia astronauty jest zintegrowany z jego skafandrem. Wygląda to tak, jak pokazano w filmie „Grawitacja”, w którym George Clooney, dowcipkując, lata sobie wokół stacji kosmicznej. Oczywiście lata sobie tak tylko do czasu.

Od Hubble’a do ISS

Od czasu Leonowa i White’a astronauci wychodzili już w przestrzeń setki razy – na samej Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) odnotowano takich wyjść do dzisiaj aż 227. Ale odbyło się też wiele wyjść z wahadłowców, a najbardziej spektakularne nastąpiły podczas misji serwisowych Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Wszystkie były udane i nagłośnione przez NASA, więc mogliśmy oglądać transmisje telewizyjne, jak astronauci radzą sobie z zadaniem. Od tamtych czasów spacery kosmiczne nieco spowszedniały. Pomiędzy listopadem ub.r. a styczniem 61. misja załogowa wykonała z ISS rekordowych 10 wyjść. Cztery spacery wiązały się z największą naprawą w historii eksploracji kosmosu, a mianowicie wymianą systemu chłodzenia detektora cząstek kosmicznych o nazwie Alpha Magnetic Spectrometer (AMS).

AMS umieszczono na ISS w 2011 r., co kosztowało, bagatela, aż 2 mld dol. To najdroższe urządzenie badawcze na stacji. Celem tego potężnego i skomplikowanego detektora cząstek jest przede wszystkim poszukiwanie kosmicznej antymaterii (cząstki antymaterii potrafimy uzyskiwać w eksperymentach tu, na Ziemi, np. w CERN- ie). Z prac teoretycznych, poczynionych jeszcze przez ojców mechaniki kwantowej, wynika, że powinno być jej tyle samo, ile materii barionowej, a więc tej, z której składa się wszystko wokół nas i my sami. Cząstki antymaterii są takie same jak występujące w znanej nam materii, tyle że mają przeciwny ładunek elektryczny. W istocie potrafimy takie cząstki wykrywać i generować, choćby pozytony – antymaterialne odpowiedniki elektronów – bez których nie mielibyśmy dzisiaj najbardziej zaawansowanych urządzeń do obrazowania, czyli tomografii pozytonowej typu PET. Niestety wszystkie nasze dotychczasowe obserwacje i badania kosmosu dowodzą, że we wszechświecie istnieje wyraźna asymetria na linii materia–antymateria, czyli że tej pierwszej jest zdecydowanie więcej niż drugiej. Asymetria ta powstała prawdopodobnie na bardzo wczesnym etapie ewolucji wszechświata, bardzo szybko po Wielkim Wybuchu.

Zadanie AMS polega na tym, by dokładnie zbadać strumienie cząstek promieniowania kosmicznego, co być może da wskazówki, ile cząstek antymaterii dociera z kosmosu w pobliże Ziemi. Urządzenie poszukuje przede wszystkim jąder antyhelu. Przez ponad osiem lat działało wyśmienicie, choć zostało zaprojektowane do pracy tylko na trzy lata. Niestety już w 2015 r. zaczęło szwankować. Przede wszystkim psuły się pompy chłodzące spektrometr i z czterech została jedna. Dlatego europejsko-amerykańska grupa badawcza nadzorująca eksperyment szybko przekonała NASA, by spróbować AMS naprawić, aby dalej służył nauce. Niestety AMS nie został zaprojektowany z myślą o tym, że będą na nim przeprowadzane jakiekolwiek prace remontowe. Zawiera wiele ostrych elementów, nie posiada odpowiednich podejść dla kosmicznych ekip remontowych czy rozwiązań ułatwiających wymianę modułów. Trzeba więc było przygotować plan naprawczy w najdrobniejszych detalach, wybrać dwóch astronautów, którzy podejmą się wyzwania, i długo szkolić ich w głębokich basenach symulujących na Ziemi stan niewielkiej grawitacji. I tak się stało. Dokonać tego miało dwóch śmiałków – Włoch Luca Parmitano i Amerykanin Drew Morgan. Przez kilka lat ćwiczyli oni na Ziemi, jak dokonać naprawy AMS w kosmosie. Aż w końcu wysłano ich na ISS w ramach 61. misji.

Naprawa

Misję zrealizowano z powodzeniem podczas czterech wyjść kosmicznych Parmitana i Morgana. Pierwszy spacer nastąpił 15 listopada 2019 r. i trwał 6 godz. i 39 min. W tym czasie Parmitano przeniósł w pobliże AMS potrzebne do naprawy i zaprojektowane tylko do tego celu narzędzia. Morgan zaś usadowił się na szczycie modułu Canadarm i na nim w odpowiednim momencie miał się zbliżyć do miejsca pracy. Parmetano następnie usunął zewnętrzną powłokę detektora, zabezpieczył ją, by nie odleciała, i przekazał zbliżającemu się Morganowi. Ten w odpowiednim momencie odrzucił ją w przestrzeń. Osłona była zbyt duża, by umieścić ją w którymś z modułów stacji. Usunięto też tzw. koce izolacyjne, ułożone między obudową a samym detektorem.

Kolejny spacer remontowy nastąpił 22 listopada i trwał 6 godz. i 33 min. Astronauci najpierw przełączyli okablowanie zasilające AMS i stworzyli nowe połączenia, dzięki którym spektrometr mógł pobierać energię elektryczną bezpośrednio z linii zasilania całej ISS. Następnie dokonano najważniejszej operacji. Rozcięto rurki w systemie chłodniczym detektora. W sumie sześć rurek na początek, dzięki czemu pozbyto się z układu chłodziwa, jakim był dwutlenek węgla. Następnie zabezpieczono ostre końcówki cięć. W końcu ramię Canadarm przeniosło Parmitana na drugą stronę instrumentu, gdzie należało rozciąć kolejne dwie rurki i też je zabezpieczyć. I tak się stało.

Trzecie wyjście było najważniejsze, a nastąpiło 2 grudnia i trwało ponad 6 godz. Podczas tego spaceru Morgan i Parmitano umieścili przy AMS nowy system pomp termicznych i połączyli go z przeciętymi wcześniej przewodami chłodniczymi. W tej skomplikowanej operacji najważniejsze było bardzo dokładne połączenie nowych przewodów z końcówkami starych, tych wcześniej przeciętych. Wreszcie 25 stycznia już 2020 r. obaj astronauci wyszli po raz czwarty na 6 godz. i 16 min po to, by sprawdzić, czy system chłodzenia jest szczelny – wykryto kilka niewielkich przecieków, które udało się usunąć – i zamontować na całym AMS osłonę termiczną. Należało też uprzątnąć miejsce remontu i zabrać wszystkie narzędzia oraz zużyte części i elementy do stacji.

I udało się. AMS, a konkretnie model AMS- 02, został naprawiony. Jego ponowne uruchomienie nastąpiło w końcu stycznia tego roku. Naukowcy i inżynierowie zaangażowani w tę niezwykłą remontową misję kosmiczną szacują, że nowy AMS będzie pracował na ISS jeszcze przez wiele lat. Niewykluczone, że ten drogi detektor pomoże nam w końcu odpowiedzieć na pytanie, dlaczego w kosmosie antymaterii jest znacznie mniej niż materii i co kryje się za zagadką ciemnej materii oraz ciemnej energii, które szczelnie wypełniają cały wszechświat, a my wciąż nie wiemy, czym one są.

Przemek Berg
dziennikarz naukowy, związany na stałe z redakcją tygodnika „Polityka”