Artemis, czyli powrót na Księżyc. Ale w zasadzie po co?

Ostatnimi ludźmi, którzy przebywali na powierzchni Księżyca, byli członkowie wyprawy Apollo 17. Dowódca misji Eugene Cernan 14 grudnia 1972 r. wszedł na pokład statku pozostawiając w księżycowym pyle ślady stóp oraz inicjały córki.

Przez kolejne 53 lata i 4 miesiące – w tym roku minie 54. rocznica ostatniego księżycowego spaceru – nikt z ludzi nie przebywał tak daleko od Ziemi. Co prawda zbudowano kosmiczne stacje Mir, a potem Międzynarodową Stację Kosmiczną. Jednak astronauci na jej pokładzie krążą 400 km nad powierzchnią naszej planety.

Zmieniła to wyprawa Artemis II. Rakieta Orion z czwórką astronautów na pokładzie wystartowała z Florydy 1 kwietnia i po pięciu dniach dotarła do Księżyca. Mknęła z prędkością nieco ponad 5000 km na godzinę i około 6,5 tysiąca kilometrów nad jego powierzchnią. Astronauci znajdowali się wtedy 406 771 kilometrów od Ziemi (pobili poprzedni rekord odległości od Ziemi należący do astronautów z misji Apollo 13 w 1970 roku).

Były też chwile napięcia. Na 40 minut Księżyc przysłonił astronautom Ziemię, czyli znaleźli się w cieniu radiowym. Gdyby wtedy wydarzyło się coś niespodziewanego, zdani byliby jedynie na siebie, bez możliwości pomocy ze strony centrum kontroli lotu. Wszystko jednak poszło sprawnie. Statek Orion obserwowany z Ziemi wynurzył się zza tarczy Księżyca, astronauci widzieli wschód Ziemi nad jego powierzchnią. Cztery dni później, 10 kwietnia, statek wodował u wybrzeży Kalifornii.

Głównym celem wyprawy Artemis II było przetestowanie lotu dla kolejnych misji księżycowych, i test ten wypadł celująco. Nie napotkano żadnych problemów, a to oznacza, że na Księżyc można wysłać kolejne załogi.

Ponowne lądowanie na Księżycu planowane jest w ramach Misji Artemis IV w 2028 r., 59 lat po pierwszym lądowaniu na jego powierzchni i 56 lat po tym, gdy stąpał po nim ostatni człowiek, Eugene Cernan. To długa przerwa.

Dlaczego przez pół wieku nikt nie był na Księżycu

Po drugiej wojnie światowej trwała zimna wojna i wyścig zbrojeń. Rakiety miały przenosić ładunki jądrowe, więc na rozwój technologii rakietowych w USA i w Związku Radzieckim przeznaczano duże fundusze. Loty w kosmos były przy tym mniej istotne, ale oba mocarstwa zainwestowały w nie ze względów prestiżowych. Związek Radziecki pierwszy wysłał Jurija Gagarina na orbitę. Stany Zjednoczone odpowiedziały programem Apollo i symbolicznie zajęły Księżyc.

Sprzyjał temu klimat ekonomiczny. Odbudowę z wojennych zniszczeń, programy zbrojeniowe i kosmiczne finansowały kosmicznie wysokie (z dzisiejszego punktu widzenia) podatki. Najwyższa stawka podatkowa w USA w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku wynosiła ponad 90 procent. Z czasem spadała, ale do roku 1980 wynosiła 70 procent.

Od czasu prezydentury Ronalda Reagana podatki w USA jedynie spadały. Dziś najwyższa stawka podatkowa to niecałe 40 procent, ponad dwa razy mniej niż w czasach wczesnego podboju kosmosu. Nie bez znaczenia były też cięcia budżetu NASA wywołane kryzysem paliwowym przełomu lat 70. i 80. oraz późniejsze przekierowanie funduszy na wyścig zbrojeń w kosmosie w latach 80 ubiegłego wieku.

Cały koszt dekady programu Apollo wyniósł 20,4 miliardów ówczesnych dolarów, co po uwzględnieniu inflacji wynosi mniej więcej 250 a 300 miliardów dzisiejszych dolarów. Budżet NASA wynosił około 4,5 procent całego budżetu federalnego USA. Dziś wynosi mniej niż jedną dziesiątą tego: budżet NASA na ten rok to 24,4 mld dolarów, co stanowi około 0,35 proc. budżetu federalnego.

Uwzględniając inflację i przyjmując siłę nabywczą dolara z 2020 roku, na NASA w dobie programu Apollo przeznaczano około 35 mld dolarów rocznie. Po zakończeniu księżycowych wypraw wydatki te znacząco spadły, w dobie kryzysu paliwowego nawet poniżej 15 mld rocznie. Potem stopniowo rosły, ale do wydatków z lat sześćdziesiątych im daleko.

Ile to będzie kosztować (i dlaczego tak drogo)

Załogowe lądowanie na Księżycu w ramach misji Artemis 3 ma nastąpić nie wcześniej niż w połowie 2027 roku. W dalszej perspektywie jest budowa księżycowej siedziby, w której będą mogli przebywać astronauci.

W planach była także budowa stacji Lunar Gateway, która miała orbitować wokół Księżyca i stanowić przyczółek do późniejszej wyprawy na Marsa. W jej budowę zaangażowały się Stany Zjednoczone, Europa, Japonia, Kanada i Zjednoczone Emiraty Arabskie, ale stacja ta jednak nie powstanie.

Cały budżet programu Artemis, który ma zakończyć się lądowaniem i budową księżycowej bazy, szacowany jest na około 93 miliardy dolarów. To mniej więcej jedna trzecia kosztu programu Apollo, jednak nadal kosmicznie dużo.

Nic dziwnego, że pojawiły się głosy krytykujące powrót ludzi na Księżyc. Autorka „The Guardian” Zoe Williams pisze: „Przestańmy latać na Księżyc. Tam nic i nikogo nie ma”. Według niej oczywiste jest, że eksploracja kosmosu jest bezcelowa. I staje się tym bardziej bezcelowa, im większe kryzysy panują tu, na Ziemi.

Co da ludzkości podbój Księżyca

Czy faktycznie powinniśmy lecieć na Księżyc i budować tam dla ludzi bazę kosmiczną? Cóż, to trudno stwierdzić.

Z czysto ekonomicznego punktu widzenia to przedsięwzięcie nie ma na pozór wielkiego sensu. Pieniądze wydane na ponowne lądowanie na Srebrnym Globie nigdy się nie zwrócą – twierdzą krytycy. Ma jedynie pewien sens z punktu widzenia postępu naukowo-technologicznego.

Obecność ludzi na Księżycu pozwoliłaby zbadać go dokładniej, bo jest wiele rzeczy, których nadal o naszym jedynym naturalnym satelicie po prostu nie wiemy. Przede wszystkim jednak księżycowa baza miałaby posłużyć jako przyczółek do załogowej wyprawy na Marsa w bliżej nieokreślonej przyszłości.

Po co wysyłać załogi 384 tysiące kilometrów od Ziemi (tyle wynosi średnia odległość Księżyca od Ziemi, jego eliptyczna orbita sprawia, że odległość ta waha się między 363,104 km w perygeum a 405,696 km w apogeum), na pozbawiony atmosfery glob, gdzie wszystko musi znieść wahania temperatury o 250 stopni (w cieniu księżycowa powierzchnia ma 130 stopni poniżej zera, a w słońcu nagrzewa się do 120 stopni Celsjusza)?

Jest ku temu pewien powód, a krytycy nie do końca mają rację. By to zrozumieć, musimy jednak dowiedzieć się co nieco o atomowych jądrach.

Po co komu hel z Księżyca

Znakomita większość atomów helu ma w jądrze dwa protony i dwa neutrony. To jego najpowszechniejszy izotop, hel-4. Jego lżejszy izotop, hel-3, ma w jądrze tylko jeden neutron. Jest gazem na tyle lekkim, że od miliardów lat uciekał z Ziemi w kosmiczną przestrzeń. Jest dziś obecny w ziemskiej atmosferze w ilościach śladowych: stanowi zaledwie 7 części na bilion (ppt, part per trillion) ziemskiej atmosfery.

Na innych ciałach kosmicznych jest go więcej, bo powstaje w wyniku zderzeń jąder litu zawartego w minerałach z cząstkami promieniowania kosmicznego. Na Ziemi takie cząstki przechwytuje pole magnetyczne (jedynie znikoma część dociera do atmosfery). Zgrubne szacunki wskazują, że w księżycowej glebie są setki razy więcej helu-3 niż na Ziemi.

Hel-3 można wyprodukować na Ziemi: w wyniku rozpadu radioaktywnego izotopu wodoru, czyli trytu. Sęk w tym, że sam tryt jest nietrwały. Produkuje się go w reaktorach atomowych, które są źródłem silnego strumienia neutronów. Takich reaktorów pozostało na świecie jedynie dwa. Tona helu-3 jest dziś warta, według różnych szacunków, od dziesiątek do setek milionów dolarów.

Jego cena dochodziła chwilami do 2 tys. dolarów za litr, czyli około 17,5 tys. dolarów za gram (metr sześcienny tego gazu waży jedynie 114 gramów). Oznacza to, że tona helu-3 kosztowałaby 17,5 miliarda dolarów. To teoretyczne rozważania, bo tony helu-3 nigdy naraz Ziemi nie było.

Hel wykorzystuje się dziś głównie w fizyce ekstremalnie niskich temperatur, ale fizykom nie trzeba wielkich jego ilości. Znacznie większe potrzebne byłyby natomiast do fuzji termojądrowej. To proces, w którym ze zderzeń dwóch jąder lżejszych pierwiastków powstają jądra pierwiastków cięższych. Uwalniania jest przy tym olbrzymia ilość energii. To proces, który zachodzi we wnętrzach gwiazd, i który od ponad półwiecza staramy się okiełznać na Ziemi.

Dzisiejsze próby fuzji jądrowej polegają na zderzaniu jąder deuteru z trytem (to izotopy wodoru o odpowiednio jednym lub dwóch neutronach). Taka reakcja wymaga ekstremalnych temperatur i ciśnienia, ale jest najłatwiejsza do przeprowadzenia. Niestety synteza deuter-tryt (DT) uwalnia około 80 procent energii w postaci strumienia neutronów. To wymaga silnego ekranowania, zdalnego manipulowania i podnosi koszt reaktorów, które muszą być potężne.

Udana fuzja bez neutronów (aneutronowa) usunęłaby te problemy. Takie reaktory i przyszłe elektrownie byłyby tańsze w budowie i utrzymaniu, mniejsze, nie wytwarzałyby też radioaktywnych odpadów. Taką bezneutronową fuzję można osiągnąć zderzając jądra helu-3 z deuterem. Produktami tego są hel-4 i proton, czyli jądro wodoru, bez strumienia neutronów.

(Możliwa jest też fuzja dwóch jąder helu-3, w której zamieniają się w jądro helu-4 i dwa protony. Do jej zapoczątkowania potrzebna jest jednak wyższa energia i ciśnienie. Oraz dwa razy tyle drogiego helu-3.)

Na razie nie potrafimy uzyskać stałej nadwyżki energii nawet z prostszej do przeprowadzenia fuzji izotopów wodoru (deuteru z trytem). Udaje się takie reakcje rozpalać i utrzymać przez ułamki sekund, a widoki na ich podtrzymanie rosną. Jednak nadal ich rozpalenie kosztuje więcej energii niż z nich otrzymujemy.

Paliwa kopalne skończą się prędzej niż później

Fuzja termojądrowa stanie się jednak kiedyś koniecznością. Wiele mówi się o potrzebie ograniczenia spalania węgla, ropy naftowej i gazu. Znacznie mniej mówi się (oraz mniej się pisze) o tym, że zasoby tych paliw kopalnych stale się kurczą. I kiedyś się skończą.

Nie jest to przyszłość szczególnie odległa. Obecnie znane zasoby paliw kopalnych oraz tempo ich wykorzystania wskazują, że gazu i ropy zabraknie już za pół wieku, a węgla za około sto lat z okładem, wyliczano w 2020 roku.

Te szacunki ulegają zmianie, a termin tej cywilizacyjnej katastrofy się odsuwa, gdy odkryte zostają nowe złoża. Międzynarodowa Agencja Energetyczna przewiduje, że rosnące zapotrzebowanie będzie zaspokojone dzięki wykorzystaniu nowo odkrytych i niekonwencjonalnych złóż. Jednak liczba odkrywanych nowych złóż stale maleje od lat 60. ubiegłego wieku. A te łatwe w eksploatacji już dawno zostały znalezione.

W 2005 roku ówczesny rzecznik prasowy Exxon Mobil Wiliam Cummings powiedział, że łatwe w eksploatacji złoża na świecie zostały już znalezione. Teraz nastaje cięższy czas poszukiwań i wydobycia z bardziej wymagających miejsc. Podobnego zdania był były szef Shella Ron Oxburgh w 2008, gdy stwierdził: „Jest dość jasne, że nie ma już wielkich szans na odkrycie żadnych znaczących ilości taniej ropy. Każde nowe lub niekonwencjonalne złoże będzie drogie”.

Jednym ze wskaźników opłacalności wydobycia ropy i gazu jest tak zwany EROI (Energy Return On Investment). Pokazuje, ile jednostek (baryłek czy metrów sześciennych) danego surowca można wydobyć spod ziemi zużywając jedną jego jednostkę. Im niższy ten wskaźnik, tym trudniej coś ze złoża „wycisnąć”.

W latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku EROI ropy naftowej wynosił ponad 44. Naukowcy w 2021 roku szacowali, że w połowie tego stulecia wyniesie 6,7.

Co robić, gdy zabraknie ropy i gazu

Rzecz jasna ropy i gazu nie zabraknie jak nożem uciął, dajmy na to za pół wieku, czyli w 2076 roku. W miarę wyczerpywania się złóż wydobycie będzie natomiast spadać, a paliwa kopalne będą systematycznie drożeć. Jest to kwestia nadchodzących dekad.

Jest jeszcze energia jądrowa, którą czerpiemy dziś z rozpadu jąder uranu-235. Jego znane dziś złoża starczą nam na około dwa stulecia. Jeśli jednak skończą się zasoby paliw kopalnych, trzeba będzie zwiększyć produkcję energii jądrowej. Wtedy opłacalne do eksploatacji złoża uranu skończą się ludzkości dużo szybciej, być może i w mniej niż stulecie.

Są rzecz jasna odnawialne źródła energii: słońce, wiatr i woda. Sęk w tym, że źródła te nie są stałe i przewidywalne. Przechowywanie energii słonecznej na noc albo wiatrowej na dni bezwietrzne jest dziś jeszcze kosztowne (analitycy szacują, że w 2026 roku prawdopodobnie spadnie poniżej progu 100 dolarów za kilowatogodzinę). Moc z takich zapasowych źródeł przekroczy w tym roku 100 gigawatów (miliardów watów). Ładowane przez dobę mogą przechować 2400 gigawatogodzin energii.

To kropla w morzu, bowiem nasza cywilizacja zużywa około 30 000 terawatogodzin (bilionów watogodzin) rocznie. To około 80 terawatogodzin, czyli 80 000 gigawatogodzin dziennie. Wszystkie magazyny energii świata mogą zmagazynować energię na mniej więcej trzy kwadranse potrzeb ludzkości.

Warto też dodać, że produkcja akumulatorów litowych kosztuje i zanieczyszcza środowisko. Zaś elektrownie jądrowe produkują promieniotwórcze odpady, które trzeba gdzieś zakopać na tysiące lat.

Fuzja termojądrowa dostarcza miliardy razy więcej energii z grama paliwa niż spalanie węgla. Fuzja jednego grama helu-3 wytwarza tyle energii, ile spalenie 10 ton węgla. Gęstość energii węgla wynosi maksymalnie 9 000 watogodzin na kilogram (Wh/kg), fuzji deuteru ponad 90 000 000 000 Wh/kg, co czyni fuzję 10 miliardów bardziej opłacalną w przeliczeniu na masę.

(Lekkie pierwiastki będące paliwem fuzji są gazami. W przeliczeniu na jednostkę objętości przewaga fuzji jest mniejsza. Węgiel ma około 9000 razy większy ciężar właściwy od helu i około 16 000 razy większy od wodoru. Nadal czyni to fuzję miliony razy bardziej opłacalną.)

W 2000 roku astronauta Harrison Schmitt (nawiasem mówiąc jedyny geolog, który chodził po powierzchni Księżyca) wyliczył, że około 25 ton helu-3 mogłoby zaspokoić zapotrzebowanie na energię USA przez rok. Co wyłożył w swojej książce „Return to the Moon”, czyli „Powrót na Księżyc”, która stanowiła cały biznesplan przedsięwzięcia. Po czym założył spółkę Interlune, która propaguje ideę eksploatacji surowców kosmicznych.

Na Księżyc (po miliardy dolarów)

Nie ma co się łudzić, fuzja helu-3 (i na razie każda fuzja termojądrowa) to na razie przyszłość.

Od ręki mogą się natomiast przydać księżycowe złoża metali ziem rzadkich. Odkąd Donald Trump nałożył na Chiny cła, a te w odpowiedzi ograniczyły eksport tych pierwiastków i kontrolują większość ich produkcji, księżycowe złoża nie wydają się już kosmiczną mrzonką.

W Traktacie o przestrzeni kosmicznej podpisanym w 1967 roku (formalnie jest to „Układ o zasadach działalności państw w zakresie badań i użytkowania przestrzeni kosmicznej łącznie z Księżycem i innymi ciałami niebieskimi”) ustanowiono zasadę niezawłaszczalności kosmosu oraz zasadę, że eksploracja i wykorzystanie przestrzeni kosmicznej powinny służyć dobru wszystkich państw.

To dość ogólnikowe sformułowania. Państwo, które zacznie wydobywać księżycowy hel i przewozić go na Ziemię, może zawsze stwierdzić, że hel należy do całej ludzkości i nie chce na nim zarabiać. Życzy sobie jedynie opłatę za wydobycie, transport oraz składkę na utrzymanie infrastruktury. Jeśli ktoś nie chce się dołożyć do kosztów, to niech leci na Księżyc i wydobywa sobie hel sam.

Być może to główny powód, dla którego USA postanowiły znów wrócić na Księżyc. Kto pierwszy, ten lepszy. Nie chodzi o kosmiczny imperializm, a o ekonomiczny pragmatyzm. Zainwestujmy dziś sto milionów dolarów, możemy mieć z tego kiedyś setki milionów rocznie.

Zwłaszcza, że to USA są dziś największym producentem, ale i konsumentem ropy naftowej. Produkują jej najwięcej, najwięcej też zużywają. Przypada na nie około 20 proc. światowego zużycia ropy. Drugie pod tym względem są Chiny, na które przypada około 15 procent.

Co można mieć za te pieniądze? Sporo

Nie sposób wspomnieć o tym, że podbój Księżyca to jednak gigantyczne koszty. Za sto miliardów dolarów wydanych na program Artemis można na Ziemi mieć sporo wspaniałych rzeczy.

Na przykład koszt budowy szybkiej kolei, która ma połączyć południe stanu Kalifornia z jego północą, szacowany jest na około 250 mld dolarów. Za pieniądze wydane na księżycową misję można by sfinansować 40 procent jej budowy.

Jak szacowano w pracy opublikowanej w 2021 roku, koszt podstawowych 10 szczepień w najuboższych 94 krajach świata w latach 2011–2030 wynosił między 70 a 85 mld dolarów. Za podróż na Księżyc można by więc szczepić potrzebujących przez dwie dekady z okładem.

Jak przypomina jeden z czytelników „The Guardian”, roczny budżet Programu Żywnościowego ONZ (zanim Trump obciął fundusze USAID) wynosił 10 miliardów rocznie. Ten program zapewnia żywność 150 milionom potrzebujących w ponad 120 krajach. Za sto miliardów przeznaczone na program Artemis można być żywić głodnych przez dekadę.

Roczny budżet WHO to około 3,4 miliarda dolarów, zatem pieniądze wydane na powrót Amerykanów na Księżyc pozwoliłby na finansowanie jej działalności przez trzy dekady.

Te przykłady można mnożyć i pokazywać, ile można by mieć elektrowni słonecznych albo zasadzonych drzew. Ludzkość ma sporo potrzeb. W ich świetle kosmiczne podróże są zbytkiem, a powrót na Księżyc to zmarnowane pieniądze.

Jeśli jednak przypomnimy sobie, że paliwa kopalne kiedyś się skończą, podróże na Księżyc jawią się nieco inaczej. To inwestycja w technologie, które przydadzą się ludzkości. Bez źródła helu-3 nie ma co marzyć o fuzji aneutronowej.

100 mld na program Artemis, a ile na wojnę?

Warto zaznaczyć, że niespełna sto (bo 98) miliardów dolarów wydane dotychczas na program Artemis, to łączna kwota wydatków od jego początków, czyli od 2012 roku. Dzieląc tę liczbę przez czternaście lat okaże się, że księżycowa misja kosztowała około 7 mld dolarów rocznie. W porównaniu z kosztami wojen to pieniądze na przysłowiowe waciki.

Koszt amerykańskiej wojny z Iranem po pierwszych sześciu dniach wyniósł już ponad 12 miliardów dolarów, donosił „The Guardian”. Eksperci szacują, że codziennie rośnie o około dwa miliardy dolarów.

Jak donosiło BBC w połowie marca 2026 r., Biały Dom i Pentagon chciały na wojenne wydatki zabezpieczyć dodatkowe 200 miliardów dolarów (co nie oznacza jednak wcale, że szykuje się na wojną trwającą jedynie sto dni). Ekonomiści są natomiast przekonani, że koszt tej wojny okaże się wielokrotnie wyższy niż szacunki zakładane dziś przez wojskowych i polityków.

Jak pisze „Fortune”, podczas wojny w Iraku szacowano, że kosztować będzie 500 mld dolarów. W 2006 roku wyliczenia ekonomistów pokazały, że wojna ta kosztowała amerykańskich podatników przeszło cztery razy więcej, ponad 2 bln dolarów. W 2013 doszli do wniosku, że wydatki na wojnę w Afganistanie i Iraku były jeszcze wyższe i wyniosły między 4 a 6 bilionów dolarów.

Ci sami ekonomiści są dziś przekonani, że rzeczywisty koszt wojny z Iranem przekroczy bilion dolarów. W porównaniu z wojną podbój kosmosu kosztuje grosze.