Książkę tę dedykujemy naszym rodzicom

Patricii i Carlowi Smithom

oraz

Phyllis i Martinowi Weinerom,

bez których nigdy byśmy jej nie skończyli.

Karmiliście nas, opiekowaliście się nami podczas choroby, zajmowaliście się Adą, kiedy my nie mogliśmy,
a do tego dbaliście o to, żebyśmy od czasu do czasu złapali trochę świeżego powietrza.

Jesteśmy Wam dozgonnie wdzięczni za to,
że pomogliście nam zrealizować to marzenie.

Ta książka jest tak samo wasza, jak nasza[1].

[1] Oczywiście honorarium zachowujemy dla siebie. Ale poza tym jesteśmy wdzięczni.

Tytuł oryginału
Soonish. Ten Emerging Technologies That’ll Improve and/or Ruin Everything

First published 2017 by Penguin Press,
an imprint of Penguin Random House LLC
375 Hudson Street New York, New York 10014
penguin.com

Copyright © by Zachary Weinersmith and Kelly Weinersmith, 2017

Copyright © for the Polish translation by Jakub Radzimiński, 2019

Przekład
Jakub Radzimiński

Redakcja
Tomasz Brzozowski, Maria Brzozowska

Korekta
Marcin Piątek, Justyna Charęza

Projekt wydania oryginalnego
Amanda Dewey

Skład oraz adaptacja graficzna komiksów i okładki
Tomasz Brzozowski

Konwersja do wersji elektronicznej
Aleksandra Pieńkosz

Copyright © for this edition
Insignis Media, Kraków 2020. Wszelkie prawa zastrzeżone.

ISBN pełnej wersji 978-83-66575-01-1

Insignis Media
ul. Lubicz 17D/21–22, 31-503 Kraków
tel. +48 (12) 636 01 90
biuro@insignis.pl, www.insignis.pl

facebook.com/Wydawnictwo.Insignis

twitter.com/insignis_media (@insignis_media)

instagram.com/insignis_media (@insignis_media)

Wstęp

Jakoś wkrótce. Z naciskiem na „jakoś”

To jedna z tych książek, w których przewiduje się przyszłość.

Na szczęście takie przewidywanie jest całkiem proste. Ludzie ciągle to robią. Nieco gorzej jest z trafnością prognoz, ale powiedzmy sobie szczerze: czy kogoś to obchodzi?

W 2011 roku pojawiła się praca zatytułowana Are Talking Heads Blowing Hot Air (Czy gadające głowy produkują się po próżnicy), w której oceniono trafność przewidywań dwudziestu sześciu telewizyjnych ekspertów[1]. Zastosowano skalę od „zazwyczaj ma rację” do „przeważnie się myli”[2].

Większość czytelników studiujących to opracowanie najbardziej ucieszyło odkrycie, że niektórzy jego bohaterowie okazali się nie tylko zwyczajnie nieznośnymi kretynami, ale wręcz statystycznie nieznośnymi kretynami. Z naszej perspektywy – perspektywy autorów popularnonaukowych – ciekawsza była inna konkluzja: niezależnie od trafności swoich przewidywań wszystkie wymienione w artykule osoby zachowały swoją pracę. Ba! Wiele z tych, które spisały się najgorzej, nadal zajmowało najbardziej eksponowane stanowiska.

Jeśli rzeczywiście sukces zawodowy nie zależy od trafności przewidywania przyszłości, to pozostaje się nam tylko cieszyć. W końcu wszyscy ci wspomniani eksperci usiłowali przewidzieć tylko to, co zdarzy się w najbliższej przyszłości w niewielkim środowisku sprzeczających się polityków. Nie próbowali ustalić, czy za pięćdziesiąt lat będziemy już korzystali z windy kosmicznej, czy wkrótce zaczniemy umieszczać zawartość naszych mózgów w sieciowej chmurze[3], czy maszyny będą nam drukowały nowe wątroby, nerki i serca ani czy w szpitalach będziemy leczeni za pomocą maleńkich pływających robotów.

Szczerze mówiąc, naprawdę niesamowicie trudno jest ocenić, czy którakolwiek z opisywanych przez nas technologii zostanie w pełni wdrożona w jakimkolwiek konkretnym terminie. Rozwój techniczny nie polega bowiem na powolnej akumulacji coraz lepszych rozwiązań. Nagłe wielkie skoki, jak w wypadku lasera czy komputerów, często zależą od postępów w pozornie niepowiązanych ze sobą dziedzinach. A nawet gdy już nastąpi taki przełom, nie zawsze można jednoznacznie ocenić, czy dana technologia się przyjmie. Owszem, drodzy podróżnicy w czasie z roku 1920 – mamy latające samochody. Nie, nikt ich nie chce. Są szachoboksem[4] pojazdów – kiedy je widzisz raz na jakiś czas, wydają się fajne, ale dobrze wiesz, że lepiej nie łączyć tych dwóch funkcji.

Biorąc pod uwagę, że wszelkie przewidywania, które tu przedstawimy, najpewniej nie tylko się nie sprawdzą, ale też okażą się głupie, zdecydowaliśmy się zastosować pewną strategię podchwyconą podczas lektury różnych książek, których autorzy próbują przedstawić możliwy kształt przyszłości.

Na początek zatem kilka wstępnych prognoz.

Przewidujemy, że komputery będą szybsze. Że monitory będą miały większą rozdzielczość. Że sekwencjonowanie genów będzie tańsze. Że niebo pozostanie błękitne, szczeniaczki – słodkie, a ciasta – smaczne. Krowy będą dalej muczały, a dekoracyjne ręczniki do rąk nadal będą miały sens tylko dla naszych matek.

Sięgnij ponownie po tę książkę za parę lat i oceń trafność naszych przewidywań. Tylko pamiętaj, że nie określiliśmy żadnego horyzontu czasowego, tak więc nasze prognozy możesz oceniać jako „trafne” albo „nie nietrafne”.

A teraz, skoro mamy już za sobą pierwszą rundę przewidywania przyszłości, jesteśmy gotowi na kolejną. Przewidujemy, że przez najbliższe dwadzieścia lat rakiety nośne wielokrotnego użytku obniżą koszty wynoszenia obiektów na orbitę o trzydzieści do pięćdziesięciu procent. Przewidujemy, że przez najbliższe trzydzieści lat zyskamy możliwość diagnozowania większości nowotworów na podstawie badania krwi. Przewidujemy, że przez najbliższe pięćdziesiąt lat nauczymy się leczyć większość chorób genetycznych dzięki zastosowaniu nanobiomaszyn.

Dobra, to mamy już jedenaście prognoz. Naszym zdaniem, jeśli uda nam się trafić w ośmiu przypadkach, zasłużymy na miano geniuszy. Aha – jeśli tylko sprawdzi się dowolna rzecz z pierwszego zestawu, możesz pisać mądre artykuły prasowe z tytułami w stylu Małżeństwo, które przewidziało przyszłość sekwencjonowania genów, zapowiada, że w niedalekiej przyszłości tanie loty kosmiczne staną się rzeczywistością.

Trafne przewidywanie przyszłości jest trudne. Naprawdę trudne.

Za nowymi technologiami prawie nigdy nie stoją pojedynczy geniusze z fajnym pomysłem. I z biegiem czasu stwierdzenie to staje się coraz bardziej prawdziwe. Dowolna technologia przyszłości może potrzebować wcześniejszego opracowania wielu różnych technologii pośrednich, z których niejedna w dniu odkrycia może się wydawać nieistotna.

Jednym z najnowszych osiągnięć nauki, które omawiamy w tej książce, jest SQUID, czyli Superconducting QUantum Interference Device – nadprzewodnikowy interferometr kwantowy. Ten niezmiernie czuły przyrząd potrafi wykryć nawet bardzo słabe pole magnetyczne mózgu, co jest jednym z możliwych sposobów analizowania procesów myślowych bez wiercenia ludziom dziur w czaszkach.

W jaki sposób coś takiego wynaleziono?

Nadprzewodnikiem nazywamy dowolny materiał przewodzący prąd bez żadnych strat. To co innego niż stare dobre przewodniki (jak choćby miedziany drut), które prąd przewodzą całkiem nieźle, ale po drodze trochę go gubią.

Nadprzewodniki zawdzięczamy Michaelowi Faradayowi, który przed bez mała dwustu laty wytwarzał szklany sprzęt laboratoryjny i przypadkiem skroplił gaz poprzez poddanie go dużemu ciśnieniu w szklanej rurce. Ponieważ w czasach wiktoriańskiej Anglii nie było jeszcze telewizji, skraplanie gazów wydało się wielu osobom fascynujące.

Jak się okazało, łatwiej jest tego dokonać poprzez znaczne obniżenie temperatury gazu niż przez poddanie go wysokiemu ciśnieniu. To pokierowało naukowców w stronę zaawansowanych technologii schładzania, które umożliwiły skroplenie pierwiastków uporczywie gazowych, takich jak wodór czy hel. A kiedy już się ma ciekły wodór i ciekły hel, można za ich pomocą schłodzić praktycznie cokolwiek, co sobie człowiek zażyczy.

Przykładowo hel w stanie ciekłym ma temperaturę niespełna −270 stopni Celsjusza. Jeśli go wylać na cokolwiek innego, będzie – parując – odbierał temu czemuś ciepło, aż schładzany przedmiot też osiągnie temperaturę niespełna −270 stopni Celsjusza[5].

Po pewnym czasie naukowcy zaczęli się zastanawiać, co się stanie z przewodnikami, jeśli schłodzi się je do naprawdę niskich temperatur. W miarę schładzania przewodniki coraz lepiej wykonują swoje zadanie. Dzieje się tak, ponieważ przewodniki to tak jakby rurki dla elektronów, ale o niecałkowicie gładkich ściankach. Na przykład w drucie miedzianym elektronom w ruchu przeszkadzają atomy miedzi.

To, co nazywamy „ciepłem”, jest tak naprawdę szybkim podrygiwaniem na poziomie atomowym. Jeśli ogrzejemy (czyli zachęcimy do szybszego podrygiwania) atomy w miedzianym drucie, zwiększymy ryzyko przyblokowania poruszających się elektronów; tak samo jak trudniej jest jechać prosto ulicą, jeśli koleś przed tobą ciągle zmienia pas ruchu. W skali atomowej podrygiwanie (czyli ciepło) oznacza, że elektrony będą z większym prawdopodobieństwem wpadały na atomy miedzi, dodatkowo pobudzając ich podrygiwanie. Dlatego właśnie zasilacz do laptopa przy długim używaniu bardzo się nagrzewa.

Kiedy na przewodnik wylejemy ciekły hel, atomy miedzi przekażą energię swoich podrygów atomom helu, które następnie sobie odlecą. Teraz atomy miedzi będą podrygiwały ze znacznie mniejszym zapałem, a elektrony napotkają zdecydowanie mniejszy opór. Im jest zimniej, tym elektronom jest łatwiej płynąć.

Dyskutowano wtedy, co się stanie, kiedy podrygiwanie całkowicie ustanie. Niektórzy sądzili, że przewodnictwo zaniknie, ponieważ w tej temperaturze nawet elektrony nie będą w stanie się poruszać. Inni myśleli, że schłodzony metal będzie przewodził bardzo dobrze, ale poza tym nie wydarzy się nic szczególnego.

Zatem badacze zaczęli wylewać swoje superzimne gazy na różne metale. Okazało się – ku zaskoczeniu wszystkich – że niektóre z nich po osiągnięciu pewnej bardzo niskiej temperatury zmieniały się w przewodniki doskonałe (zwane również nadprzewodnikami). Jeśli utrzymywało się metal w odpowiednio niskiej temperaturze – takiej, w której nadprzewodził – można było wywołać w nim przepływ prądu elektrycznego w pętli. Prąd w takiej pętli krąży sobie w nieskończoność. Może się to wydawać mało istotną naukową ciekawostką, ale to odkrycie prowadzi do mnóstwa dziwactw! Kręcący się w kółko prąd wytwarza pole magnetyczne. A to znaczy, że można zrobić z tych superzimnych metali trwałe magnesy, których pole magnetyczne zależy od natężenia wzbudzonego w nich prądu elektrycznego.

Później, w latach sześćdziesiątych XX wieku, gość nazwiskiem Brian Josephson (dostał Nagrodę Nobla, ale teraz marnuje czas na Uniwersytecie Cambridge, aby bronić takich magicznych bzdur jak koncepcja zimnej fuzji czy pamięci wody) stworzył układ nadprzewodników pozwalający wykrywać naprawdę małe zmiany pola magnetycznego. To urządzenie, zwane złączem Josephsona, umożliwiło później stworzenie SQUID-a.

No dobra. To teraz pomyśl: jeśli ktoś przyszedłby do ciebie dwieście lat temu i zapytał, jak moglibyśmy zbudować urządzenie do odczytywania aktywności ludzkiego mózgu, czy odpowiedziałbyś bez wahania: „Najpierw musimy złapać trochę gazu w szklaną rurkę”?

Podejrzewamy, że raczej nie. Właściwie nawet ostatni duży krok – złącze Josephsona odkryte przez człowieka, który (przypomnijmy) obecnie uważa, że woda potrafi zapamiętać, co się do niej włożyło – był początkowo, w świetle obowiązującej wówczas teorii, uznawany za niemożliwy. Uzyskany efekt został wyjaśniony później na podstawie ram teoretycznych opracowanych na długo po śmierci Michaela Faradaya.

To właśnie pewna losowość rozwoju technologicznego ponosi winę za to, że nie mamy jeszcze bazy na Księżycu, chociaż już jakiś czas temu wydawało się nam, że to najzupełniej możliwe; dysponujemy za to kieszonkowymi superkomputerami, których mało kto się spodziewał[6].

Taka sama trudność dotyczy wszystkiego, co omawiamy w tej książce: możliwość zbudowania kosmicznej windy może zależeć od tego, jak pójdzie chemikom z wytwarzaniem cieniutkich rurek z atomów węgla; możliwość stworzenia materii zdolnej przybrać dowolny kształt może zależeć od naszego zrozumienia zachowania termitów; możliwość zbudowania medycznych nanobotów może zależeć od naszego zrozumienia sztuki origami. A może koniec końców nic z tego nie będzie miało znaczenia. Do żadnego wydarzenia w historii nie musiało dojść akurat tak, jak faktycznie doszło.

Wiemy na przykład, że starożytni Grecy potrafili budować złożone mechanizmy z kół zębatych, ale nigdy nie stworzyli zaawansowanego zegara. Starożytni Aleksandryjczycy dysponowali prostym silnikiem parowym, ale nigdy nie wymyślili pociągu. Starożytni Egipcjanie wynaleźli składany stołek już cztery tysiące lat temu, ale jakoś nie stworzyli Ikei.

Chcemy przez to powiedzieć, że nie mamy pojęcia, kiedy cokolwiek z tego, o czym tu opowiadamy, się wydarzy.

Po co zatem w ogóle pisać tę książkę? Bo każdego dnia zdarza się mnóstwo fantastycznych rzeczy, a większość z nas nie ma o nich bladego pojęcia. Są też i tacy, którzy przyjęli postawę sceptyka, bo sądzili, że już dawno będziemy mieli elektrownie wykorzystujące syntezę (fuzję) jądrową albo spędzali weekendy na Wenus. To rozczarowanie nie zawsze wynika z tego, że naukowcy składają obietnice na wyrost. Często książki takie jak ta pomijają pewne wyzwania ekonomiczne i techniczne stojące między nami a przyszłością opisywaną w powieściach science fiction.

Nie wiemy, dlaczego te wyzwania są tak często pomijane. Czy historia Apollo 11 byłaby lepsza, gdyby dostanie się na Księżyc było proste? Naszym zdaniem pomysł bezpośredniego połączenia między mózgiem a komputerem jest tak fascynujący po części dlatego, że obecnie nie mamy prawie żadnego pojęcia, jak odczytywać myśli. Przed nami niezliczona liczba pytań do zadania, odkryć do dokonania, chwały do zdobycia i bohaterów do udekorowania.

Wybraliśmy dziesięć obszarów, w których może nastąpić przełom, i uszeregowaliśmy je z grubsza od tych o wielkim rozmachu do tych o mniejszym znaczeniu: od podboju kosmosu poprzez wielkie eksperymentalne elektrownie, nowe sposoby budowania i doświadczania świata, aż po ludzkie ciało – w tym mózg. Bez urazy.

Podczas pisania każdego z rozdziałów zadawaliśmy sobie następujące pytanie: jeśli właśnie siedzielibyśmy w knajpie i ktoś by nas zapytał: „Hej, a o co biega z tą całą syntezą jądrową?”, to jaka byłaby najlepsza odpowiedź? Usłyszeliśmy, że w takim razie chyba nigdy nie byliśmy w knajpie; chodzi nam jednak o to, że każdy rozdział wyjaśnia, czym jest dana technologia, na jakim etapie się obecnie znajduje, jakie przeszkody stoją na drodze do jej rozwoju oraz w jaki sposób może ona wszystko zepsuć, a jak może poprawić nasze życie.

Dla nas postęp naukowy jest fascynujący nie tylko dlatego, że przynosi nam wynalazki i odkrycia. Jest coś, co czyni wszystko jeszcze ciekawszym: świadomość, jak trudno byłoby wydobywać surowce z asteroidy albo zbudować dom przy użyciu chmary robotów. W ten sposób kiedy coś takiego w końcu się wydarzy[7], człowiek naprawdę rozumie, jak to doniosłe.

A do tego rozumie trochę te wszystkie dziwne okrężne drogi i ślepe zaułki, jakimi błądzą i w jakie trafiają nauka i technologia. Na końcu każdego rozdziału przedstawiamy coś dziwacznego (albo obrzydliwego, tudzież wspaniałego), na co się natknęliśmy. Czasem te fragmenty wiążą się bezpośrednio z danym rozdziałem, a czasem są to zwyczajnie kuriozalne fakty, na jakie natrafiliśmy podczas zbierania materiałów. Naprawdę kuriozalne. Takie jak ośmiornica z chleba kukurydzianego.

Na potrzeby tego tytułu musieliśmy przeczytać mnóstwo książek i artykułów technicznych, a także przeprowadzić rozmowy z mnóstwem lekko szurniętych ludzi. Niektórzy okazywali się bardziej szurnięci niż inni i generalnie tych polubiliśmy bardziej. Jedna rzecz w naszej pracy łączyła wszystkie badane przez nas dziedziny: każde z naszych wstępnie przyjętych założeń legło w gruzach. W każdym wypadku, gdy zagłębialiśmy się w dany temat, pojmowaliśmy, że nie tylko nie rozumiemy samej technologii, ale nie rozumiemy też, co konkretnie stoi na przeszkodzie jej dalszemu rozwojowi. Często to, co wydawało się złożone, okazywało się proste – i na odwrót.

Nowe technologie to coś pięknego, ale podobnie jak w wypadku Piety Michała Anioła czy Myśliciela Rodina, doprowadzenie ich do finalnego stadium jest zazwyczaj cholernie uciążliwe. Chcemy, byś nie tylko zrozumiał, czym jest dana technologia, ale też dlaczego przyszłość tak uparcie opiera się naszym staraniom.

Kelly i Zach Weinersmithowie
Weinersmith Manor, wrzesień 2016 roku

PS Chcemy też rozpropagować wiedzę o pewnym eksperymencie, w którym studenci przed przystąpieniem do egzaminu byli zmuszani do oddychania przez jedną dziurkę nosa. To dość istotne. Przekonacie się.

[1] Autorami artykułu była grupa studentów politologii z Hamilton College. I choć próba statystyczna wykorzystana w tej pracy była niewielka, to ponieważ jej wyniki potwierdzają nasze zapatrywania, zdecydowaliśmy się dać im wiarę.

[2] Ciekawostka: stwierdzono korelację między ukończeniem studiów prawniczych a mniejszą trafnością przewidywań.

[3] Apple iCloud, jeśli ta książka się dobrze sprzeda. W przeciwnym wypadku pozostanie nam Amazon Cloud.

[4] Tak, taki sport naprawdę istnieje i – co nie powinno dziwić – cieszy się dużą popularnością w Rosji. Zawodnicy rozgrywają na przemian rundę szachów i rundę boksu, aż ktoś przegra w dowolnej z tych dyscyplin.

[5] Żeby zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, spróbuj sobie wyobrazić wylewanie zimnej wody na gorącą patelnię. Patelnia przekaże wodzie część swojego ciepła i w ten sposób się schłodzi. Żeby przyśpieszyć schładzanie, można wylać wodę z patelni i nalać znowu zimną. Zimna woda ma około 10 stopni Celsjusza, więc w ten sposób patelnię można schłodzić właśnie do 10°C. Potem woda będzie miała taką samą temperaturę co nasze naczynie, zatem przepływ ciepła między nimi nie będzie już możliwy. Przypomina to wycieranie się zupełnie przemoczonym ręcznikiem. Nie można się osuszyć bez suchszego ręcznika i tak samo nie można niczego schłodzić bez chłodniejszego płynu.

[6] Takie kwestie czasem dokładają ludziom niepotrzebnych zmartwień, czego przykładem jest okładka czasopisma „MIT Technology Review” z listopada 2012 roku. Zdobiło ją zdjęcie Buzza Aldrina (astronauty, który chodził po Księżycu) z napisem: „Obiecaliście mi kolonie na Marsie, zamiast tego dostałem Facebooka”. Ale szczerze mówiąc, kolonia na Marsie kosztowałaby kilka bilionów dolarów, podczas gdy Facebook jest za darmo. Warto też zauważyć, że odwołanie się do Facebooka było tendencyjne. Wyobraźcie sobie, że wybór autorów artykułu padłby na Wikipedię: „Obiecaliście mi kolonie na Marsie, zamiast tego dostałem całą wiedzę ludzkości opatrzoną indeksem i dostępną za darmo dla wszystkich ludzi”.

[7] Nawet kiedy pisaliśmy tę książkę, w dwóch omawianych w niej technologiach dokonano znacznych postępów. Musieliśmy zmienić rozdział o tanim dostępie do przestrzeni kosmicznej, bo ludziom ze SpaceX udało się posadzić na pływającej po oceanie barce pierwszy człon rakiety Falcon 9. Podobnie zmian wymagał rozdział o rozszerzonej rzeczywistości, bo ludzie ciągle mówili o Pokémon GO.

CZĘŚĆ I

Wszechświat,
jakoś wkrótce

1

Tani dostęp do przestrzeni kosmicznej

Przekroczenie ostatecznej granicy jest o wiele za drogie

W górę, ku bezkresnemu delirycznemu błękitowi

Z wdziękiem wzleciałem nad chłostane wiatrem wzgórza,

Gdzie ni skowronek, ni orzeł nigdy nie zawitał –

I gdy w milczącym uniesieniu przemierzałem

Wysoką dziewiczą uświęconą przestrzeń,

Wyciągnąłem rękę i dotknąłem oblicza Boga.

John Gillespie Magee Jr., Wysoki lot, 1941

W tym wierszu jedno się od razu rzuca w oczy – podmiot liryczny ani razu nie wspomina o cenie. To rażące techniczne przeoczenie jest często spotykane w poezji, zatem dodamy jeszcze jeden kuplet:

A gdy spytałem, o jakim mowa tu koszcie,

Zawróciłem, no bo RANY BOSKIE!

W chwili pisania tych słów wysłanie w kosmos kilograma czegokolwiek kosztuje około dwudziestu tysięcy dolarów[1]. To jakieś dwa i pół tysiąca dolarów za jednego cheeseburgera.

To dlatego ludzie stanęli na powierzchni Księżyca tylko sześć razy, a nasze księżycowe pojazdy były miejscami cienkie jak papier. To, że nasze podejście do podróży kosmicznych w 2017 roku zawiodłoby wszystkie nadzieje, jakie żywiono w roku 1969, nie wynika z braku wybitnych inżynierów czy naukowców. Zwyczajnie koszt dotarcia w przestrzeń kosmiczną uparcie pozostaje wysoki.

Gdyby udało się nam zdecydowanie go obniżyć, mielibyśmy lepsze nauki kosmiczne, lepsze systemy komunikacyjne, dostęp do zasobów pozaplanetarnych, większe możliwości zapanowania nad klimatem i przede wszystkim moglibyśmy w końcu przystąpić do badania i zasiedlania Układu Słonecznego.

Aby zrozumieć, dlaczego obecnie wyniesienie czegokolwiek w kosmos jest tak drogie, najpierw trzeba sobie wyjaśnić, czym tak właściwie jest rakieta.

Rakieta to zasadniczo rura wypełniona łatwopalnym materiałem pędnym z baaaaardzo małym ładunkiem transportowanym na samym czubku. W typowej misji wyniesienia czegoś na niską orbitę okołoziemską (mniej więcej od pięciuset do dwóch tysięcy kilometrów nad powierzchnią Ziemi; to tam dociera większość wystrzeliwanych rakiet) 80% masy to paliwo, 16% to sama rakieta, a tylko 4% to ładunek (4% to górna granica; im wyżej chce się dolecieć, tym bliżej tej wartości do 2%, a nawet 1%).

Pod względem kosztów sprawy wyglądają zgoła odmiennie. Cena materiału pędnego jest pomijalna – jakieś marne kilkaset tysięcy dolarów. Większość pieniędzy idzie na samą rakietę, która prawie zawsze jest porzucana po wykorzystaniu.

Podsumowując: wystrzeliwanie rakiet jest niezmiernie drogie, a większość miejsca zajmuje materiał pędny. Zatem są dwa sposoby na znaczne obniżenie ceny dostępu do przestrzeni kosmicznej:

1. Odzyskanie rakiety nośnej.

2. Zmniejszenie zużycia materiału pędnego.

Punkt pierwszy stał się nagle możliwy w roku 2015, o czym napiszemy w podrozdziale poświęconym rakietom wielokrotnego użytku. Podstawowy zamysł jest całkiem prosty – można zaoszczędzić, jeśli rakieta nie idzie na złom po jednym wykorzystaniu.

Zmniejszenie zużycia materiału pędnego jest nieco trudniejsze, mimo że odpowiada on za 80% masy startowej statku kosmicznego. Żeby zrozumieć dlaczego, rozważ następującą sytuację: musisz przejechać samochodem z jakiegoś miejsca w Rosji do Republiki Południowej Afryki i z powrotem. Jeśli chodzi o paliwo, masz dwie opcje:

1. Uzupełnianie go po drodze.

2. Zabranie ze sobą całego potrzebnego zapasu.

Oczywiście każdy by wolał wybrać opcję numer jeden. Zastanówmy się teraz dlaczego.

Samochód to zwykła maszyna zamieniająca paliwo na ruch. Jeśli twój jest bardzo ciężki, przejechanie danej odległości wymaga zużycia większej ilości paliwa. Jeśli będziemy je regularnie uzupełniać, większość masy pojazdu będzie stanowił sam samochód, a nie zawartość jego baku. To oznacza, że paliwo zużywane na bieżąco przez silnik jest zamieniane na ruch głównie samego pojazdu (oraz ciebie i bagaży), a nie zapasu płynu pędnego.

Druga opcja oznacza ciągnięcie za sobą wielkiej cysterny. Zawarte w niej paliwo waży zapewne o wiele, wiele więcej niż sam samochód. Zwłaszcza na początku większość energii pozyskiwanej ze spalania benzyny czy oleju napędowego jest przeznaczana na przemieszczanie zapasu paliwa. Czyli większość paliwa jest zużywana na przemieszczanie reszty paliwa.

Rezultat? W drugim wypadku łączna ilość płynu pędnego potrzebna do przejechania tej samej odległości jest dużo większa niż w pierwszym. Twoja mała karawana, tak samo jak w przypadku rakiety kosmicznej, składa się głównie z paliwa, a nie z pojazdu czy jego ładunku.

Niestety wybudowanie stacji benzynowych dla rakiet jest nieco kłopotliwe. Zatem ruszając w kosmos, nie mamy wyboru i pozostaje nam opcja numer dwa – dopóki nie nastąpi w tej dziedzinie jakiś przełom.

Te rozważania prowadzą do bardzo kuszących wniosków. Gdyby udało się odzyskać rakietę nośną, można by wyeliminować 90% kosztów wyniesienia ładunku w kosmos. A gdyby udało się zużyć tylko trzy czwarte paliwa, można by zabrać sześć razy większy ładunek[2], co automatycznie obniżyłoby sześciokrotnie koszt wyniesienia na orbitę jednego kilograma.

Trudność polega tu na tym, że musimy się zmierzyć z podstawowymi prawami fizyki. Niska orbita okołoziemska jest najtańszą dostępną orbitą. Ludzie często myślą, że skoro coś się nazywa „orbitą”, to nie ma tam przyciągania ziemskiego. A to nieprawda. Na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (aktualnie znajdującej się właśnie na niskiej orbicie okołoziemskiej), unoszącej się na wysokości około czterystu kilometrów nad Ziemią, astronauci odczuwają mniej więcej 90% siły przyciągania ziemskiego na powierzchni planety. Dlaczego zatem unoszą się w powietrzu, jakby grawitacji na orbicie w ogóle nie było? Ponieważ stacja leci bardzo, bardzo, bardzo szybko. Niemal osiem kilometrów na sekundę. Chociaż astronauci są nieustannie ściągani w stronę Ziemi, cały czas w nią nie trafiają.

Pomyśl o tym w ten sposób: wyobraź sobie, że wystrzeliwujesz kulę z działa stojącego na szczycie wieży. Jeśli użyjesz niewielkiej ilości prochu, kula przeleci tylko kawałek i upadnie na ziemię. Jeśli jednak nadasz jej naprawdę dużą prędkość początkową, poleci w kosmos. Między spadkiem krótko po wystrzeleniu a opuszczeniem atmosfery ziemskiej jest dużo możliwości pośrednich. Dla danej wysokości istnieje pewna prędkość, która jest na tyle mała, by kula nie odleciała całkowicie w próżnię, ale jednocześnie na tyle duża, żeby nigdy nie spadła na ziemię. Gdybyś siedział na tej lecącej kuli, cały czas byś spadał, bo działałaby na ciebie grawitacja. Ale jednocześnie leciałbyś na tyle szybko, że dostrzegłbyś krzywiznę planety. Kiedy poruszasz się z danego punktu po linii prostej, powierzchnia Ziemi zakręca w dół, oddalając się od ciebie. Przy tej konkretnej prędkości zachodzi równowaga między dwoma efektami: grawitacja chce cię ściągnąć w dół, ale prędkość twojego ruchu utrzymuje cię w górze. Zatem będziesz tak krążyć i krążyć, i krążyć. Innymi słowy: orbitować.

I chociaż niska orbita okołoziemska jest najtańszą możliwą, dotarcie na nią wciąż jest niesamowicie drogie. Rozpędzenie góry żelastwa do ośmiu kilometrów na sekundę nie jest proste. Jeśli chcemy kiedykolwiek mieć statki kosmiczne wyglądające tak jak te w filmach, a nie jak wielkie puszki owinięte folią aluminiową, będziemy potrzebowali tańszego sposobu osiągania orbity.

Jak sprawy mają się teraz?

Metoda 1: Rakiety wielokrotnego użytku

Rakiety wielokrotnego użytku to najlepszy wybór zapewniający obniżenie kosztów lotów kosmicznych w najbliższej perspektywie. Są to tradycyjne rakiety, ale zamiast spadać do oceanu po wykonaniu misji, opadają ku ziemi i bezpiecznie lądują. Nie rozwiązuje to problemu wykorzystania zaledwie 4% miejsca na ładunek, ale potencjalnie drastycznie obniża cenę każdego startu.

Takie podejście nastręcza jednak kilku problemów. Trzeba zabrać dodatkowy materiał pędny potrzebny przy lądowaniu, co zmniejsza wydajność. Oczywiście zależy nam na możliwie najmniejszej ilości dodatkowego materiału pędnego, ale to z kolei poważnie utrudnia lądowanie.

Innym istotnym problemem jest to, że nikt jeszcze na dobrą sprawę nie wie, ile kosztuje zregenerowanie takiej odzyskanej rakiety przed ponownym lotem. Człowieku, ta maszyna była w przestrzeni kosmicznej! Nie można jej tak po prostu przetrzeć szmatką i postawić z powrotem na platformie startowej.

Amerykańskie promy kosmiczne, zaprojektowane jako pojazdy wielokrotnego użytku, okazały się o wiele droższe w eksploatacji niż zwykła rakieta właśnie z powodu wysokich kosztów prac serwisowych przed kolejnym startem. Cały czas trwa spór, czyja to była wina – inżynierów, Kongresu, sił powietrznych, społeczeństwa niechętnego ryzyku i tak dalej – ale najważniejsze jest to, że program został zakończony przede wszystkim z powodu kosztów przygotowania promu do następnego lotu. I nawet jeśli informacja o wysłaniu promów na emeryturę zasmuciła wiele osób, sporo kosmicznych zapaleńców cieszyło się z tej decyzji – właśnie ze względu na koszty.

Istnieje jednak uzasadniona nadzieja, że możemy zbudować lepszy statek wielokrotnego użytku. Podczas pisania tego rozdziału firma SpaceX jako pierwsza wyniosła ładunek na orbitę, po czym pomyślnie sprowadziła rakietę na ziemię[3],[4].

Jeśli działania SpaceX rzeczywiście obniżą cenę lotów, mogą się okazać największym krokiem naprzód naszego pokolenia w podboju kosmosu. Gdy obserwowaliśmy start, jeden z naszych czytelników napisał na Twitterze, że chociaż jako młody chłopak był świadkiem lądowania na Księżycu, rakieta wielokrotnego użytku wywarła na nim większe wrażenie. Może zabrzmiał trochę jak wariat, ale w pewnym sensie miał rację – lądowanie na Księżycu było z pewnością większym osiągnięciem technicznym, ale jego koszt właściwie gwarantował, że takie eskapady raczej nie wejdą nam w nawyk. Pozostaje jeszcze ustalić, jaką dokładnie część tego kosztu uda się wyeliminować. Elon Musk stwierdził, że docelowo będzie w stanie ściąć koszt stukrotnie. Jeśli zaś mowa o krótszej perspektywie czasowej, to Gwynne Shotwell, prezeska SpaceX, powiedziała, że obecnie wykorzystywana rakieta Falcon 9 powinna móc latać przy kosztach niższych o 30%. I nawet jeśli obecnie rakiety wielokrotnego użytku tylko trochę obniżają cenę wyniesienia czegoś na orbitę, mogą otwierać przed nami drogę do o wiele większych oszczędności w przyszłości. Droga do Marsa może być wybrukowana skromnymi zniżkami.

Ciąg dalszy dostępny w wersji pełnej.

[1] Zasadniczo ta wartość zależy od mnóstwa czynników, takich jak kraj, z którego się startuje; towarzystwo, jakie zabiera się ze sobą; cel lotu; a także wielkość wykorzystywanego pojazdu kosmicznego. W całej książce używamy szacunkowej kwoty 20 tysięcy dolarów za kilogram jako akceptowalnego przybliżenia. Jeśli dodać do tej liczby tak z 18 tysięcy lub tyle samo odjąć, obejmiemy wszystkie szacunki, na jakie natrafiliśmy podczas zgłębiania tego tematu.

[2] Paliwo stanowi 80% masy. Trzy czwarte z tego to 60%. To nam daje 20% wolnego miejsca. Początkowo ładunek odpowiadał za maksymalnie 4% masy rakiety. Zatem zwiększyliśmy go właśnie z czterech do dwudziestu czterech procent!

[3] Rakiety mają kilka części zwanych „stopniami”. Kiedy jeden ze stopni się zużyje, jego ciężar cię spowalnia. No to go odrzucasz. Ludzie ze SpaceX zdołali odzyskać pierwszy stopień napędowy, który jest największym elementem rakiety.

[4] W maju 2018 roku firma SpaceX z powodzeniem sprowadziła na dryfującą po oceanie platformę pierwszy stopień nowej rakiety (o oznaczeniu Falcon 9 Block 5), która została wyposażona w mocniejsze silniki i ma wymagać napraw tylko co kilka lotów, co dodatkowo obniża koszty startu (przyp. tłum.).

2

Wydobywanie surowców z asteroid

Przekopywanie śmietniska Układu Słonecznego

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

CZĘŚĆ II

Różne takie,
jakoś wkrótce

3

Synteza jądrowa

Zasila Słońce, fajnie, ale czy nada się do mojego tostera?

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

4

Programowalna materia

A gdyby tak wszystkie nasze rzeczy mogły być dowolną inną rzeczą?

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

5

Robotyzacja budownictwa

Metalowy sługo, zbuduj mi nowy pokój!

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

6

Rozszerzona rzeczywistość

Jak naprawić tę prawdziwą?

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

7

Syntetyczna biologia

Trochę jak Frankenstein, tyle że potwór przez całą książkę sumiennie wytwarza lekarstwa i produkty przemysłowe

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

CZĘŚĆ III

Ty,
jakoś wkrótce

8

Precyzyjne leki

Wszystko, co ci doskwiera – podejście statystyczne

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

9

Biodrukowanie

Dlaczego poprzestawać na siedmiu drinkach, kiedy można sobie po prostu wydrukować nową wątrobę?

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

10

Interfejs mózg-komputer

Ponieważ po czterech miliardach lat ewolucji wciąż nie pamiętasz, gdzie położyłeś klucze

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

Podsumowanie

Nieco mniej wkrótce albo cmentarzysko utraconych rozdziałów

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

Podziękowania

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

Bibliografia

Rozdział dostępny w wersji pełnej.

Spis treści

Strona tytułowa

Dedykacja

Strona redakcyjna

Część I. Wszechświat, jakoś wkrótce

Tani dostęp do przestrzeni kosmicznej

Wydobywanie surowców z asteroid

Część II. Różne takie, jakoś wkrótce

Synteza jądrowa

Programowalna materia

Robotyzacja budownictwa

Rozszerzona rzeczywistość

Syntetyczna biologia

Część III. Ty, jakoś wkrótce

Precyzyjne leki

Biodrukowanie

Interfejs mózg-komputer

Podsumowanie

Podziękowania

Bibliografia