Strategia badań i wykorzystania
przestrzeni kosmicznej w Polsce w warunkach
członkostwa w Unii Europejskiej

W latach 2002 – 2003, kiedy przygotowywane było przystąpienie Polski do Unii Europejskiej, stało się oczywiste, że proces ten wymaga nowego spojrzenia na większość obszarów życia i organizacji społecznej w Polsce, w tym życia naukowego, a tym bardziej obszaru badań kosmicznych i zastosowania techniki kosmicznej. Istniały także powody, aby zająć się tematem kosmosu niezależnie od akcesji do UE. Sygnalizowana była potrzeba zapewnienia dostępu do przestrzeni kosmicznej i międzynarodowych programów, dzięki którym realizuje się front poznania naukowego. Od strony praktycznej — postępująca komercjalizacja i prywatyzacja przestrzeni kosmicznej wciągała w swój nurt gospodarki krajów o różnym stopniu rozwoju, w tym polską. Pojawiały się nowe możliwości i nowe zagrożenia, wobec których rząd polski i społeczność naukowa nie powinny pozostawać obojętne.

Kierując się tymi przesłankami, Komitet Badań Kosmicznych i Satelitarnych PAN postanowił sformułować ponownie generalne linie strategiczne działalności związanej z przestrzenią kosmiczną, zarówno dotyczące badań naukowych, jak i możliwości zastosowań praktycznych techniki kosmicznej. W pracy tej wzięło udział kilkunastu autorów, w tym trzej wyżej wymienieni, a także przeprowadzono wiele dyskusji na forum całego Komitetu, jak i jego Komisji.

1. Wprowadzenie

Badania przestrzeni kosmicznej i wykorzystanie techniki kosmicznej są istotnymi elementami realizacji idei gospodarki opartej na wiedzy. W Polsce działalność ta ma wieloletnią tradycję, bazującą na wcześniejszych tradycjach naukowych astronomii i technicznych lotnictwa. Aktualny potencjał jest skromny w wymiarze liczbowym, ale legitymujący się osiągnięciami i uznaniem międzynarodowym.

Proponowana strategia zmierza do osiągnięcia następujących celów:

1. Dostosowanie się do polityki Unii Europejskiej w dziedzinie badania i wykorzystania przestrzeni kosmicznej;
2. Zajęcie właściwego miejsca wśród krajów wspólnoty europejskiej w tej dziedzinie;
3. Wykorzystanie systemów satelitarnych dla dobra społeczeństwa i służb państwowych;
4. Umożliwienie polskim firmom działania na międzynarodowym rynku techniki kosmicznej.

Opracowany dokument zawiera ocenę potrzeb i możliwości naszego kraju oraz przedstawia zbiór proponowanych działań, zmierzających do osiągnięcia strategicznych celów programu z horyzontem czasowym ok. roku 2010. Propozycje działań odnoszą się przede wszystkim do administracji państwowej różnych szczebli, zakłada się jednocześnie, że organizmy gospodarcze — włącznie z jednostkami badawczymi i badawczo-rozwojowymi — będą reagować konstruktywnie na stwarzane warunki i bodźce ekonomiczne. Zakłada się również racjonalny scenariusz wzrostu dochodu narodowego jako podstawę do formułowania postulatów o nakłady finansowe. W świetle realistycznie ocenionych możliwości oraz wyartykułowanych potrzeb programu są ocenione nakłady z budżetu państwa, a także oszacowana wartość pożądanych i możliwych inwestycji pochodzących z sektora prywatnego. Zaproponowane są także posunięcia na forum międzynarodowym — wobec krajów i organizacji zaangażowanych w działalność kosmiczną.

W niniejszym artykule skupimy się na kierunkach badawczych interesujących czytelników „Uranii”: astronomii i dyscyplinach pokrewnych. Trzeba jednak pamiętać, że aktywność kosmiczna jest bardzo wielokierunkowa. Okoliczność, że innym kierunkom poświęcimy tu mniej miejsca, nie oznacza, że są mniej ważne lub nie ma ich wcale.

2. Działalność kosmiczna w Unii Europejskiej

Istotnym czynnikiem kształtującym sytuację jest istnienie Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), organizacji dominującej w tym zakresie wśród krajów UE. Członkami ESA są obecnie wszystkie państwa starej 15-ki Unii Europejskiej, a także Szwajcaria i Norwegia.

ESA powstała w 1975 r. jako organizacja międzyrządowa, skupiająca początkowo 20 krajów. Historia rozwoju ESA pokazuje, iż dołączają do niej kraje, które wcześniej były mniej zaangażowane w programy kosmiczne. Są one motywowane z jednej strony względami praktycznymi, tj. zastosowaniami systemów kosmicznych i uczestnictwem w rynku techniki kosmicznej, z drugiej strony istnieje również motywacja natury prestiżowo-politycznej, związana z tym, że kraj aktywny kosmicznie jest wyżej oceniany w gremiach politycznych i gospodarczych, łatwiej promuje swój dorobek i ma lepszy kontakt z bardziej rozwiniętą częścią świata. Owocuje to wzrostem konkurencyjności tych krajów, a w efekcie wzrostem gospodarczym i przyrostem miejsc pracy.

Badania przestrzeni kosmicznej realizowane przez Agencję są na wyjątkowo wysokim poziomie, a w niektórych dziedzinach uzyskiwane wyniki uchodzą wręcz za najlepsze na świecie. Zajmuje się ona również rozwijaniem zastosowań techniki kosmicznej takich jak łączność, teledetekcja, nawigacja satelitarna, etc. Ważnym zadaniem Agencji jest także rozwijanie rodziny europejskich rakiet nośnych, jako że posiadanie własnego systemu wynoszenia stanowi czynnik decydujący o możliwości realizacji samodzielnego i niezależnego programu kosmicznego.

Bardzo ważną zasadą, na której opiera się działalność ESA, jest lokowanie kontraktów w przemyśle europejskim oraz takie ich rozdzielanie, aby do przedsiębiorstw danego państwa trafiały kontrakty o wartości równej jego wkładowi do budżetu Agencji. Rzecz jasna, nie jest możliwe zapewnienie idealnej równowagi, ale Agencji udaje się utrzymywać stopę zwrotu na poziomie 90%, tzn. każde państwo otrzymuje w postaci kontraktów równowartość co najmniej 90% swej składki (zasada geographical return).

Współpraca Polski z Agencją rozwinęła się w początku lat 90. W 1994 podpisano pierwsze formalne porozumienie o współpracy. Umowa zawarta 24 stycznia 2002 poszerza zakres tej współpracy i otwiera perspektywę ściślejszej integracji. Niestety, z przyczyn leżących po stronie polskiej biurokracji umowa ta nie jest wykorzystywana w pełni, nie stwarza też możliwości współpracy technologicznej i przemysłowej.

W roku 2001 ESA przedstawiła propozycje stopniowego przyjmowania do swego grona nowych państw, kandydujących do UE, pod nazwą Programme for European Cooperating States (PECS). Propozycja ta przewiduje stopniowe dochodzenie do pełnego członkostwa i opłacania pełnej składki, w miarę wzrostu potencjału danego kraju, umożliwiającego wykonywanie kontraktów.

Również w łonie Komisji Europejskiej wzrasta poczucie politycznej i ekonomicznej wagi działalności kosmicznej, zwłaszcza w kontekście wyścigu technologicznego ze Stanami Zjednoczonymi i krajami Dalekiego Wschodu. Przeprowadzono szereg studiów i dyskusji, które doprowadziły do sformułowania oficjalnych dokumentów, a mianowicie: Europejskiej Strategii Kosmicznej (European Strategy for Space), Zielonej Księgi Europejskiej Polityki Kosmicznej (Green Paper European Space Policy) i wreszcie zapis w projekcie Traktatu Konstytucyjnego UE, Art. III 155, stwierdzający …Unia ustanawia europejską politykę kosmiczną. Dokumenty te muszą być uwzględnione przy definiowaniu programu dla Polski.

Unia Europejska i ESA to w sensie prawnym dwie odrębne organizacje. Na obecnym etapie jesteśmy świadkami procesu zbliżenia między nimi, wyrażającego się podejmowaniem wspólnych projektów wielkiej skali, jak Galileo i GMES. Skutkuje to angażowaniem pieniędzy unijnych w takie projekty, w tym pieniędzy wpłacanych w przyszłości przez Polskę. Jesteśmy więc zainteresowani wytworzeniem mechanizmów umożliwiających zwrotne korzystanie z tych pieniędzy, gdyż prawo unijne — w odróżnieniu od ESA — nie przewiduje zasady geographical return. Ostatnio Unia i ESA powołały wspólnie grupę pod nazwą High Level Space Policy Group, której zadaniem jest definiowanie i czuwanie nad realizacją wspólnego programu tych dwóch organizacji. Polska, jako członek Unii, ma swoich przedstawicieli w tej grupie.

Inną platformą międzynarodową, na której następują kontakty i interakcja w sprawach kosmicznych, jest Organizacja Narodów Zjednoczonych, a w szczególności jej Komitet ds. Pokojowego Wykorzystania Przestrzeni Kosmicznej COPUOS. Działa on oczywiście w skali globalnej i dominują w nim akcenty polityczne, pojawiają się wszakże również interesujące inicjatywy techniczne. Pod egidą ONZ działają Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna ITU i Światowa Organizacja Meteorologii. Pierwsza z nich koordynuje, a praktycznie rozstrzyga o dostępie do orbity geostacjonarnej dla satelitów telekomunikacyjnych, druga koordynuje prace systemów meteorologicznych.

Z niektórymi krajami, w tym USA, Niemcy, Włochy, Francja, Rosja i Ukraina — istnieje współpraca dwustronna, która powinna być kontynuowana.

3. Potencjał naukowy i techniczny

Możliwości uprawiania działalności kosmicznej w Polsce są limitowane stanem kadry, jej kwalifikacji i zaplecza technicznego oraz struktur organizacyjnych.

W Polsce badania kosmiczne w zakresie poznawczym i zastosowań systemów satelitarnych są realizowane pełnym potencjałem kadrowym przez Centrum Badań Kosmicznych PAN, zaś w części przez Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN, Instytut Geodezji i Kartografii, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej oraz kilkuosobowe grupy badawcze instytutów i laboratoriów Uniwersytetów: Wrocławskiego, Warszawskiego, Poznańskiego, Toruńskiego, Mazursko-Warmińskiego, Szczecińskiego, Śląskiego, Gdańskiego, AGH, Akademii Rolniczej we Wrocławiu, a także Politechniki Warszawskiej i Wrocławskiej oraz wybranych instytutów wojskowych. Łącznie w programy te zaangażowanych jest około 200 pracowników naukowych, inżynierów i techników.

Centrum Badań Kosmicznych PAN posiada laboratoria i zaplecze techniczne pozwalające na budowę aparatury naukowej umieszczanej na obiektach kosmicznych. To samo Centrum ma w swym składzie Obserwatorium Astrogeodynamiczne, gdzie są prowadzone precyzyjne obserwacje sztucznych satelitów dla celów geodezyjnych. Stacje obserwacji GPS posiadają ponadto 4 z ww. wyższych uczelni oraz IGiK.

W roku 2002 stacjami odbioru obrazów satelitarnych dysponowały:

1. — Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej — satelity NOAA, Meteosat
2. — Instytut Geodezji i Kartografii — satelity NOAA
3. — Instytut Nauk o Morzu Uniwersytetu Szczecińskiego — satelity NOAA i OrbView-2
4. — Instytut Oceanografii Uniwersytetu Gdańskiego — satelity NOAA i OrbView-2
5. — Instytut Badawczy Leśnictwa w Sękocinie — satelity NOAA
6. — Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS — satelity NOAA
7. — Katedra Klimatologii Uniwersytetu Śląskiego — satelity NOAA.

Działalność komercyjną w zakresie systemów satelitarnych rozwija na polskim rynku szereg małych i średnich firm. Obejmuje to obrazowanie satelitarne, GIS oraz telekomunikację.

4. Program naukowy

Badania kosmiczne często są przedstawiane jako triada zawierająca: badania obiektów i przestrzeni pozaziemskiej, badania Ziemi z Kosmosu oraz badania prowadzone w orbitującym laboratorium kosmicznym. Program europejski, traktowany jako suma programów narodowych i ESA, zmierza do pokrycia całego tego obszaru badań. Oczywiście Polska nie musi tak dalece rozszerzać swych aspiracji. Powinny natomiast być uprawiane te kierunki, w których istnieje już dorobek, kadra i zaplecze techniczne.

Badania naukowe w Polsce, związane z przestrzenia kosmiczną, rozwinęły się w kilku obszarach, z czego wymienić można następujące najważniejsze:

1. Astrofizyka satelitarna, obejmująca badania obiektów poza Układem Słonecznym;
2. Badania planet i małych ciał Układu Słonecznego;
3. Heliofizyka, czyli badania Słońca;
4. Badania zjawisk zachodzących w plazmie kosmicznej w przestrzeni międzyplanetarnej i okołoziemskiej;
5. Badania Ziemi metodami geodezji satelitarnej;
6. Badania Ziemi metodami teledetekcji.

Z ubolewaniem trzeba stwierdzić, że zaniknęły nieźle rozwijające się wcześniej kierunki badawcze związane z wykorzystaniem mikrograwitacji, a mianowicie biologia i medycyna kosmiczna oraz badania materiałowe w przestrzeni kosmicznej. Mikrograwitacja pozostała w niektórych projektach realizowanych przez studentów.

Omówimy bliżej dwa pierwsze z wymienionych wyżej obszarów.

4.1 Badania astrofizyczne z wykorzystaniem techniki kosmicznej
      w Polsce do 2010 r.

W niniejszym opracowaniu przez badania astrofizyczne będą rozumiane badania obiektów poza Układem Słonecznym.

W związku z planowanym wstąpieniem do Unii Europejskiej, naturalnym głównym partnerem jest Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). Poniższe opracowanie koncentruje się więc na współpracy z ESA, choć oczywiście współpraca z krajami poza ESA, np. z Rosją, jest całkowicie możliwa.

Udział w kosmicznych badaniach astrofizycznych jest bardzo ważny dla polskiej nauki, a w szczególności astrofizyki. Fakt nieprzezroczystości atmosfery dla większości zakresu promieniowania elektromagnetycznego powoduje, że bardzo dużo obserwacji astronomicznych musi być wykonywanych przez satelity (np. większość obserwacji układów zawierających czarne dziury lub gwiazdy neutronowe). Bezpośredni udział w przygotowywaniu takich projektów umożliwia z kolei pierwszeństwo w dostępie do najnowszych obserwacji i możliwość dokonywania ważnych odkryć.

Z drugiej strony, polska astrofizyka posiada bardzo znaczącą pozycję na świecie, jedną z najwyższych pośród dziedzin polskiej nauki (zob. np. opracowanie B. Kastory w http://www.wprost.pl/ar/?O=12689). Właśnie wybór badań astrofizycznych spośród różnych możliwości udziału w projektach kosmicznych zapewnia zarówno odpowiednio wysoką pozycję Polski na etapie przygotowywania projektu, jak też wysoki stopień naukowego wykorzystania otrzymanych wyników.

Głównym dotychczasowym doświadczeniem w dziedzinie zastosowania badań kosmicznych do astrofizyki w Polsce jest udział w projekcie INTEGRAL. Analiza etapów udziału w tym projekcie jest, moim zdaniem, ważna dla proponowanej strategii przyszłych badań w tej dziedzinie.

INTEGRAL (International Gamma Ray Laboratory) jest satelitą ESA przeznaczonym do badania kosmicznego promieniowania gamma. Jego wystrzelenie nastąpiło 17.10.2002. Polski udział w tym projekcie polegał na wykonaniu znacznej części aparatury oraz oprogramowania. Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie wykonało blok sterujący systemem redukcji szumów i część oprogramowania do teleskopu gamma IBIS oraz naziemną aparaturę testującą i część oprogramowania do monitora rentgenowskiego JEM-X. Centrum Astronomiczne im. M. Kopernika PAN (CAMK) brało udział w opracowywaniu oprogramowania naukowego w centrum analizy danych (ISDC, Integral Science Data Center) w Szwajcarii. Wykonanie większości z powyższych zadań było koordynowane przez prof. A. Zdziarskiego z Centrum Astronomicznego.

Udział Polski był możliwy dzięki szeregowi grantów z Komitetu Badań Naukowych przyznanych na wykonanie powyższych zadań począwszy od 1996 r. Suma przyznanych funduszy zawiera się w 4 mln zł. Jest to koszt znikomy w porównaniu z całkowitym kosztem projektu wynoszącym ok. 600 mln euro, w którego skład wchodzi koszt samego satelity (330 mln euro), koszt wystrzelenia przy użyciu rosyjskiej rakiety Proton (ok. 100 mln euro) oraz koszt instrumentów naukowych (ok. 200 mln euro). Warto też podkreślić, że ESA pokryła całkowity koszt aktywnych elementów lotnych użytych w systemie redukcji szumów zbudowanym przez CBK, wynoszący ok. 300 – 400 tys. euro.

W zamian za wkład do budowy satelity, oficjalne pozycje członków zespołów (Co-Investigator, Co-I) otrzymało dwóch Polaków: prof. A. Zdziarski, w zespołach IBIS, JEM-X i ISDC, oraz dr M. Denis, w zespole IBIS. Dzięki tym pozycjom oraz w wyniku negocjacji, polscy uczeni uzyskali bardzo znaczący dostęp do części czasu obserwacyjnego gwarantowanego dla zespołów, które zbudowały INTEGRAL. Całość czasu gwarantowanego została podzielona na 124 szczegółowe tematy (w przybliżeniu odpowiadające indywidualnym źródłom), z których 4 w całości oraz dalsze 4 w części zostały przydzielone wspomnianym wyżej polskim uczonym. Przyznany Polsce czas włącza, np., 50% obserwacji słynnego źródła zawierającego czarną dziurę Cyg X-1, wyłączność na interpretację teoretyczną równie słynnego mikrokwazara GRS 1915+105, 100% obserwacji układu podwójnego w centrum Galaktyki zawierającego czarną dziurę GRS 1758-258 i inne interesujące źródła promieniowania gamma. Ponadto jesteśmy członkami zespołów obserwacji ponad 20 innych obiektów kierowanych przez zagranicznych naukowców.

Tak duża część przyznanego nam programu obserwacji jest wynikiem, z jednej strony, bardzo wysokiej konkurencyjności pracy polskich uczonych i inżynierów. Z drugiej strony, kluczowe było otrzymanie przez Polaków pozycji oficjalnych członków zespołów (Co-Investigator). Bez tych pozycji zespoły instrumentalne też by chętnie przyjęły wkład Polski, ale nie pozwoliłoby to Polakom naukowców na kierowanie analizą obserwacji w czasie gwarantowanym.

Dalszym bardzo ważnym elementem jest istnienie w Polsce potencjału naukowego w danej dziedzinie badań. W przypadku projektu INTEGRAL potencjał ten był bardzo duży już w momencie przystąpienia do projektu. Umożliwiło to zarówno bardzo dobre wykorzystanie przyznanego czasu gwarantowanego, jak również sukcesy w ubieganiu się o obserwacje w czasie otwartym, gdzie został zaakceptowany szereg polskich wniosków obserwacyjnych. Przykładem może tu być zaakceptowana obserwacja bardzo ciekawej aktywnej galaktyki NGC 4151, dla której zapewniliśmy także równoczesne obserwacje przez satelity XMM-Newton oraz RXTE. Polscy uczeni uczestniczą też w dużej liczbie projektów w czasie otwartym z zagranicznymi kierownikami.

Czas życia satelity INTEGRAL planuje się na 5 lat. Praktyka innych projektów tego typu pokazuje jednak, że czas ten jest często przekraczany (np. poprzedni satelita gamma, CGRO zbudowany przez NASA, działał prawie 10 lat). Bardzo ważna jest więc kontynuacja finansowania analizy danych, które będą napływać z satelity po zakończeniu w maju 2004 r. obecnego grantu KBN przyznanego na ten cel.

Reasumując doświadczenia zdobyte przy projekcie INTEGRAL, elementami niezbędnymi do sukcesu przy udziale w następnych kosmicznych projektach satelitarnych są:

1. — formalna pozycja Co-I jednego lub więcej polskich naukowców;
2. — odpowiedni potencjał naukowy w danej dziedzinie badań;
3. — możliwość wykonania ważnych elementów instrumentu w Polsce.

Biorąc pod uwagę powyższe kryteria, proponuje się udział Polski w następujących projektach ESA: Herschel, Planck oraz XEUS (X-ray Evolving Universe Spectroscopy). Pełna lista kosmicznych projektów ESA jest na http://sci.esa.int/home/ourmissions. Satelity Herschel oraz Planck są już w trakcie budowy i zostaną wspólnie wyniesione przez rakietę Ariane 5 w 2007 r. Obecnie trwa projektowanie satelity XEUS. Data startu nie jest jeszcze ustalona, natomiast prace nad budową satelity zaczną się w najbliższych latach.

Herschel (http://sci.esa.int/home/herschel) będzie obserwatorium kosmicznym poświęconym badaniom fotometrycznym i spektroskopowym Wszechświata w dalekiej podczerwieni. Głównym celem naukowym projektu jest badanie powstawania galaktyk, gwiazd i układów planetarnych. Koordynatorem polskiego udziału w projekcie jest doc. R. Szczerba z CAMK, który jest również oficjalnym członkiem zespołu (Co-I) instrumentu HIFI (spektrometr heterodynowy o bardzo wysokiej rozdzielczości spektralnej). Poza astrofizyką, cele naukowe tego projektu włączają też obserwacje komet oraz zewnętrznych planet Układu Słonecznego i ich satelitów. Badania te będą kierowane przez doc. M. Banaszkiewicza i dr M. Błęcką z CBK.

Celem naukowym obserwatorium Planck (http://sci.esa.int/home/planck) jest zbadanie anizotropii kosmicznego tła mikrofalowego z bezprecedensowo wysoką zdolnością rozdzielczą rzędu kilku minut łuku. Badania takie mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia powstania Wszechświata, jego historii (w szczególności powstawania struktur, z których wywodzą się galaktyki i ich gromady), jego składu (gęstości zwykłej oraz ciemnej materii, gęstości energii próżni), obecnego wieku oraz jego przyszłości (ekspansja w nieskończoność lub etap kurczenia). Instrument ten będzie następcą satelity COBE, zbudowanego przez NASA, ale przewyższa go parametrami o szereg rzędów wielkości. Polska dysponuje też bardzo dużym potencjałem naukowym w dziedzinie kosmologii. Członkami zespołu (Co-I) budującego kluczowy detektor LFI (Low Frequency Instrument) są dr hab. K. Górski oraz prof. M. Demiański (Wydz. Fiz. UW). Według dotychczasowych wstępnych ustaleń, CBK wykona urządzenia mechaniczne do naziemnego testowania aparatury (Ground Mechanical Support Equipment, GMSE). Warto też podkreślić związek badań przy użyciu Plancka z wykorzystaniem potencjału polskiej radioastronomii. W szczególności, toruński 32-m radioteleskop (UMK) wykona, we współpracy z obserwatorium radioastronomicznym w Jodrell Bank, radiowy przegląd północnego nieba na długości fali 1 cm, który będzie wykorzystywany w procesie redukcji danych z obserwatorium Planck.

XEUS (http://sci.esa.int/home/xeus) będzie kosmicznym teleskopem rentgenowskim planowanym jako następca rentgenowskiego teleskopu XMM-Newton. Celem naukowym projektu jest bardzo dokładne zbadanie rentgenowskiego nieba, w szczególności źródeł pochodzących z bardzo wczesnego Wszechświata, np. pierwszych czarnych dziur we Wszechświecie. Bezprecedensowa czułość teleskopu XEUS, przewyższająca setki razy dotychczasowe teleskopy rentgenowskie, pozwoli też na rozwiązanie wielu innych zagadek stojących przed współczesna astronomią rentgenowską, np. kwestię wpływu efektów ogólnej teorii względności w pobliżu czarnej dziury na profil rentgenowskich linii emisyjnych. Konstrukcja samego przyrządu jest bardzo nowatorska. Ze względu na długość ogniskowej teleskopu wynoszącą aż 50 m, będzie on się składał z dwóch satelitów, których wzajemna odległość będzie stała z dokładnością do 1 mm. Satelita z detektorami rentgenowskimi (czułymi w zakresie ok. 0,1 – 50 keV) ma być wystrzelony przez rosyjską rakietę Sojuz-Fregate, natomiast satelita z układem optycznym ma być wystrzelony przez rakietę japońską. Powierzchnia czynna detektorów ma wynosić ok. 10 m², a rozdzielczość kątowa ok. 2''. Instrument zostanie umieszczony w równowagowym punkcie L2 układu Ziemia-Słońce, znajdującym się ok. 1,5 mln km od Ziemi.

Ponieważ zakres zagadnień naukowych astronomii rentgenowskiej jest bliski zakresowi zagadnień astronomii gamma, należy się spodziewać, że grupa badawcza obecnie związana z satelitą INTEGRAL będzie również brała udział w wykorzystywaniu wyników kosmicznego teleskopu XEUS. Wstępne prace nad zdefiniowaniem udziału Polski w projekcie zostały już podjęte przez prof. A. Zdziarskiego, który został zaproszony do udziału w pracach nad ustaleniem zakresu celów naukowych oraz specyfikacji instrumentu XEUS.

Reasumując, rekomendacje niniejszego raportu to:

1. — kontynuacja finansowania badań naukowych wykorzystujących obserwacje wykonywane przez kosmiczny teleskop INTEGRAL;
2. — kontynuacja finansowania udziału w projekcie Herschel;
3. — finansowanie udziału w projekcie Planck;
4. — włączenie się w przygotowywanie teleskopu XEUS i finansowanie przyszłego udziału w tym projekcie.

4.2 Badania planet i małych ciał Układu Słonecznego

W badaniach planetarnych program ESA jest dosyć klarowny:

1. — na najbliższe lata planowana jest wielka misja do Merkurego (z udziałem Japonii), BepiColombo, składająca się ze stacji orbitalnej i satelity magnetosferycznego. Start misji nastąpi około 2009 r. Trwa konkurs na eksperymenty naukowe;
2. — wykorzystując dorobek misji Mars Express, zostanie przeprowadzona misja Venus Express, pierwsza europejska wyprawa do sąsiedniej planety;
3. — planowane są co najmniej dwie misje do Marsa: obok realizowanej Mars-Express (2003 r.), planuje się misje Netlander (po 2006 r.) i EcoMars (po 2009 r.); misje te są skoordynowane z programem NASA;
4. — w ramach małych misji technologicznych w 2003 r. została wysłana misja do Księżyca, Smart 1.

Pozycja Polski w badaniach kosmicznych, w tym w badaniach planetarnych i w technologiach kosmicznych, jest znacznie lepsza niż wynikałoby to z poziomu nakładów na te badania w latach po transformacji ustrojowej. Centrum Badań Kosmicznych dokonało bardzo skutecznego zwrotu i z aktywnego uczestnika programu Interkosmos, skupiającego państwa byłego RWPG, przekształciło się w solidnego partnera Europejskiej Agencji Kosmicznej. Nie była to łatwa i szybka przemiana ze względu na trzy czynniki: udział w programach, misjach i eksperymentach ESA wymaga od każdego członka zespołu techniczno-badawczego profesjonalizmu, samodzielności i umiejętności współpracy w międzynarodowym zespole; system Interkosmosu był bardziej scentralizowany i hierarchiczny; w ESA obowiązuje bardzo formalny system przygotowywania misji, pociągający za sobą konieczność poznania i przestrzegania szczegółowych norm oraz przygotowywania, na każdym etapie projektu, pokaźnej liczby dokumentów odbiegających w formie od dokumentów wymaganych przez Interkosmos; o udział w projektach trzeba walczyć w silnej międzynarodowej konkurencji przy braku gwarancji, że raz opanowany warsztat i uzyskana pozycja pozwoli na uzyskiwanie kolejnych projektów; regułą jest, że co kilka lat trzeba zmieniać pole badań i stale przyswajać sobie nowe umiejętności. Przedstawiona wyżej opinia nie powinna przesłaniać faktu, że udział w programie Interkosmos był świetnym poligonem do nauki rzemiosła kosmicznego i bardzo ułatwił, przez zdobyte doświadczenia, szybkie dopasowanie się do wymogów obowiązujących w ESA.

Pierwszą misją ESA, w której oficjalnie uczestniczyło Centrum Badań Kosmicznych, był Cassini. Zaangażowaliśmy się w tę misję w 1990 r., uczestnicząc w eksperymencie SSP (Surface Science Package) na próbniku Huygens, który ma wylądować na powierzchni Tytana, satelity Saturna. Eksperyment prowadzi John Zarnecki z Wlk. Brytanii (obecnie profesor w Open University). Po wizycie w CBK wysokiej rangi specjalistów z Rutherford-Appleton Laboratory (RAL) i dokonaniu przez nich dokładnej analizy możliwości technicznych Centrum, strona angielska zaproponowała nam wykonanie jednego z sześciu czujników SSP oraz zaprojektowanie i wykonanie bloku elektroniki obsługującego 5 czujników. W latach 1991 – 1995 CBK zaprojektowało i wykonało czujnik THP, którego zadaniem jest pomiar temperatury i przewodnictwa cieplnego w atmosferze i na powierzchni Tytana. Równolegle, inżynier elektronik z Centrum został na dwa lata oddelegowany do RAL-u, by wykonać tam projekt i model funkcjonalny bloku elektronicznego. Rozwijana była też wspomagająca analiza naukowa warunków spodziewanych na Tytanie i opracowanie metod interpretacji wyników. Wszystkie prace zostały wykonane terminowo i bez zastrzeżeń angielskich partnerów i ESA. Cassini wystartował w 1997 r. i ma dolecieć do Tytana na początku roku 2005. Wszystkie dotychczasowe testy instrumentu SSP (przeprowadzane rutynowo co pół roku) potwierdzają prawidłowe działanie całego SSP.

Kolejnym projektem planetarnym realizowanym w Centrum był udział w przygotowaniu spektrometru fourierowskiego PFS do badań atmosfery marsjańskiej, początkowo na rosyjską misję Mars-96, zaś po jej katastrofie, na misję Mars-Express Europejskiej Agencji Kosmicznej. Eksperyment prowadzony jest przez profesora Vittorio Formisano z Włoch, a uczestniczą w nim, oprócz Polaków, Niemcy, Hiszpanie i Rosjanie. Centrum Badań Kosmicznych wykonuje ważny element spektrometru, skaner, umożliwiający płynną zmianę kierunku patrzenia przyrządu. WCBK jest wykonywana także część elektroniki pokładowej, a w szczególności bloki zasilania. Łącznie wykonano i przetestowano 5 kolejnych modeli przyrządu, począwszy od modelu funkcjonalnego, a na zapasowym lotnym skończywszy. Prace trwały od 1997 do 2002 r. Start misji nastąpił 2 czerwca 2003 r., a pierwsze wyniki uzyskano na początku 2004 r. Również w tej misji aparatura wykonana w CBK uzyskała bardzo wysokie oceny zarówno kolegów z Włoch, odpowiedzialnych za cały przyrząd, jak i Europejskiej Agencji Kosmicznej. Większa część prac mechanicznych i elektronicznych montażowych i testowych została wykonana w warsztatach CBK i w zakupionym w związku z tą misją tzw. czystym pomieszczeniem (cleanroom). Niektóre prace wykonali podwykonawcy zewnętrzni, np. kapsuły z wzorcową mieszaniną gazów do kalibracji wykonał Instytut Chemii Fizycznej.

Największy z dotychczas realizowanych projektów sprzętowych to eksperyment MUPUS na misję Rosetta. Jest to pierwszy przypadek uczestnictwa polskiego zespołu w misji ESA od początku, tj. od przedstawienia projektu w konkursie na eksperyment, w roku 1995. W tym wypadku chodzi o zestaw sensorów do pomiaru własności fizycznych jądra komety. Misja Rosetta (wystartowała pod koniec lutego br.) ma dolecieć do komety Czurumow-Gerasimienko i, po przeprowadzeniu systematycznych badań z orbitera, opuścić lądownik na powierzchnię kilometrowej wielkości jądra. Ponieważ aktywność jądra jest determinowana przez procesy termiczne (ogrzewanie przez Słońce, sublimacja molekuł z powierzchni, transport ciepła do/z wnętrza jądra), więc pomiary profilu temperatury, przewodnictwa cieplnego, struktury i własności mechanicznych jądra mogą mieć istotne znaczenie dla poznania zjawisk fizycznych zachodzących tuż pod powierzchnią. Eksperyment MUPUS jest prowadzony przez Tilmana Spohna z Instytutu Planetologii w Muenster (Niemcy), a w zespole są instytuty z Niemiec, Polski, Austrii, Wlk. Brytanii i USA. Głównym zadaniem eksperymentu jest określenie profilu temperatury do głębokości około 40 cm pod powierzchnią jądra i pomiar przewodnictwa cieplnego przy pomocy penetratora. Penetrator powinien być wprowadzony (wbity) w jądro w odległości około 1 m od lądownika. Wszystkie podsystemy eksperymentu: penetrator, urządzenie wbijające i urządzenie wysuwające powinny być wykonane przez zespół MUPUS-a. Centrum Badań Kosmicznych podjęło się, w ramach projektów badawczych KBN, wykonania urządzenia wbijającego i naziemnej aparatury kontrolno-pomiarowej (EGSE). W trakcie przygotowania eksperymentu okazało się, że znakomita część zadań, której wykonanie spoczywało na stronie niemieckiej, musi być przejęta przez zespół z CBK: żadna z firm zachodnich nie chciała podjąć się nowych i ryzykownych wyzwań. W ramach kontraktu z DLR (Niemiecka Agencja Kosmiczna), Centrum Badań Kosmicznych wykonało: penetrator, sensory termiczne, urządzenie wysuwające, elektroniczny układ sterowania sensorami umieszczony w penetratorze, elektronikę do całego eksperymentu MUPUS umieszczoną w lądowniku, oprogramowanie, okablowanie, mechaniczny układ wspomagania eksperymentu i symulacji warunków nieważkości. Wiele rozwiązań jest unikalnych w skali światowej, opanowano też kilka nowych technologii. Eksperyment jest uważany za jeden z ciekawszych na lądowniku. W przygotowaniu eksperymentu brało udział 7 osób z CBK i około 15 instytutów, jednostek badawczo-rozwojowych i firm z całej Polski. Misja wystartowała w styczniu 2004 r., doleci do komety w 2011, wyląduje na niej w 2012 r.

Oprócz wymienionych dużych eksperymentów z wkładem sprzętowym, uczeni z Centrum biorą udział w eksperymentach, do których wnoszą przede wszystkim swoją wiedzę. Tak jest z eksperymentem VIRTIS, spektrometrem pracującym w świetle widzialnym i w podczerwieni i umieszczonym na orbiterze Rosetty i z eksperymentem jonosferycznym na misji Mars Express. Planowany jest udział CBK w misjach BepiColombo do Merkurego i w misji Venus Express.

Udział w powyższych eksperymentach oraz w dwu dużych misjach astrofizycznych ESA, Integral i Herschel sprawił, że prawie wszyscy inżynierowie z CBK opanowali w praktyce zachodnioeuropejskie procedury i standardy badań kosmicznych i mogliby bez trudności przystąpić do realizowania kolejnych projektów ESA. 7 – 8 osób z CBK, w większości inżynierów, mogłoby poprowadzić małe i średnie zespoły techniczne wykonujące części instrumentów i systemów kosmicznych. Centrum dysponuje pełną ekspertyzą techniczną w następujących dziedzinach:

1. mechanika,
2. elektronika analogowa i cyfrowa oraz systemy zasilania,
3. oprogramowanie,
4. naziemne systemy wspomagania eksperymentu, elektroniczne i mechaniczne,
5. proste układy optyczne.

Częściowe kompetencje obejmują:

1. sensory do badania własności fizycznych powierzchni i atmosfer planet,
2. instrumenty rentgenowskie,
3. instrumenty plazmowe do pomiaru fal elektromagnetycznych.

Wiedza i umiejętności pracowników CBK pozwoliłyby obecnie na zaprojektowanie i wykonanie dość złożonych systemów kosmicznych o wadze do 10 kg, np. nanosatelity, mikrolądownika, planetarnego próbnika atmosferycznego, większego penetratora czy minipojazdu planetarnego. W każdym z tych projektów CBK dysponuje około 60 – 70% fachowej ekspertyzy, resztę można i trzeba by uzyskać u specjalistów w kraju i za granicą.

Aczkolwiek przemysł kosmiczny jako taki w Polsce nie istnieje, jest wiele firm, instytutów, zakładów, działających w obszarze wysokich technologii, które potrafią dorównać poziomem firmom zachodnim. Teraz i, zapewne, przez wiele lat jeszcze nie będą mogły przestawić się na wyłączną działalność w sektorze kosmicznym ze względu na płytki rynek w Polsce i brak dostępu do zamówień zachodnioeuropejskich. Jeśli jednak uda się połączyć kosmiczne know-how inżynierów z Centrum Badań Kosmicznych z potencjałem wytwórczym owych firm, to realizacja dość złożonych i ambitnych projektów kosmicznych będzie, z technicznego punktu widzenia, możliwa.

Istotny deficyt w polskim kompleksie kosmicznym to brak części infrastruktury, w którą nie inwestowano w zgodzie z potrzebami przez ostatnie 12 lat. Chodzi tu przede wszystkim o stanowiska do testów i aparaturę kontrolno-pomiarową. Przydałyby się nowocześnie wyposażone laboratorium do testów EMC, skomputeryzowane przyrządy diagnostyczne do badania układów elektronicznych, zaawansowane oprogramowanie inżynierskie. Brak tych urządzeń nie wyklucza nas z udziału w eksperymentach (testy można wykonać odpłatnie za granicą), ale poważnie ogranicza nasze możliwości.

Zasadniczą przeszkodą w realizacji jakiejkolwiek planowej strategii rozwoju eksperymentalnych badań planetologicznych stanowi system finansowania projektów badawczych przez KBN. Cykl przygotowania eksperymentu kosmicznego trwa 5 – 6 lat i powinien mieć zagwarantowane finansowanie na ten okres, biorąc pod uwagę, że projekty zostają wyłonione w drodze konkursów międzynarodowych i to określa od początku ich wysoki poziom. W systemie trzyletnich grantów obowiązującym w Polsce, projekt musi przejść przez dwa konkursy KBN i często się zdarza, że w drugim konkursie środki albo nie zostają przyznane, albo są poważnie okrojone, mimo że merytorycznie nic takiego posunięcia nie usprawiedliwia (projekt jest wykonywany zgodnie z planem, a suma postulowanych nakładów nie przekracza kwoty preliminowanej na początku całego projektu). Ta niedorzeczna praktyka opóźnia wykonanie projektu w terminie, zagraża jego jakości, podważa zaufanie partnerów zagranicznych i, wreszcie, zmusza do finansowej ekwilibrystyki Centrum Badań Kosmicznych, które musi ratować zagrożone projekty kosztem działalności statutowej.

Kolejnym ważnym elementem polskiej strategii kosmicznej powinno być przygotowanie się do uczestnictwa w następnej generacji misji kosmicznych i rozwój takich technologii, które mogą być kluczowe w tych misjach. Oznacza to, połączony z pewnym ryzykiem, wybór kilku perspektywicznych kierunków badań i technologii, nad którymi będą prowadzone własne prace rozwojowe, nie związane początkowo z konkretną aplikacją. Oprzeć się trzeba na tych nurtach działalności Centrum, w których nie ustępujemy światu, bądź włączyć w te badania, które poczęły się niedawno i w których dystans do czołówki jest nieduży. Kandydatami do takich „lokomotyw postępu” mogą być urządzenia i instrumenty do badania powierzchni planet: penetratory stacjonarne i ruchome (kret), mikroroboty i mikropojazdy planetarne, teledetekcyjne instrumenty hiperspektralne, czy wreszcie najbardziej ambitne: nanosatelity. Innym kierunkiem rozwojowym mogą być autonomiczne systemy sterowania instrumentami oparte na metodach sztucznej inteligencji czy też pokładowe systemy interpretacji wyników pomiarów oparte na zawansowanych metodach odwrotnych. Metoda postępowania przy otwieraniu nowych kierunków badań i rozwoju technologii powinna opierać się na rozwiązaniach od dawna sprawdzonych w przygotowaniu eksperymentów kosmicznych a polegających na stopniowym zawężaniu i pogłębianiu pola badań w miarę postępu prac. Pierwsze dwie fazy, A i B, polegają na rozwinięciu koncepcji nowego rozwiązania podbudowanej szerokimi studiami literaturowymi oraz na stworzeniu modelu funkcjonalnego rozważanego przyrządu. Są to najmniej kosztowne, w sensie inwestycji sprzętowych, fazy przygotowania do eksperymentu i pozwalają na równoległe rozwijanie kilku projektów przez ten sam zespół w fazie A.

Nakłady na badania planetarne i rozwój technologii kosmicznych podzielić można na trzy grupy:

1. — bezpośrednie nakłady na udział polskich grup badawczych w eksperymentach kosmicznych,
2. — środki na rozwój infrastruktury, tj. stanowisk do testów, wyspecjalizowanych przyrządów kontrolno-pomiarowych, wydajnych komputerów i oprogramowania, książek i czasopism naukowych i technicznych,
3. — nakłady na prace rozwojowe i poszukiwanie nowych rozwiązań, które mogłyby być zastosowane w przyszłych misjach.

Prace rozwojowe mają zapewnić instytutowi możliwość ulokowania się w przyszłości w ważnych i perspektywicznych obszarach badawczych i technologiach poprzez wcześniejsze przygotowanie i sprawdzenie nowych rozwiązań. Duży potencjał techniczny i kadrowy jest ulokowany w elektronicznych systemach pokładowych i naziemnych oraz w projektowaniu oprogramowania lotnego. Rozwojową dziedziną, zarówno od strony technicznej, jak i naukowej i interpretacji danych jest teledetekcja, w szczególności przyrządy hiperspektralne.

4.3 Inne kierunki badawcze

Ze względu na brak miejsca już tylko zdawkowo wspomnimy inne obszary badań uprawiane w Polsce:

a) Heliofizyka

Aktualnie polska aparatura pracuje na pokładzie rosyjskiego satelity CORONAS. Dostarcza ona wartościowe dane z zakresu promieniowania XUV. Prowadzone są również prace wykorzystujące dane z innych eksperymentów kosmicznych. Nie przewiduje się w najbliższym czasie polskiego udziału w nowych misjach kosmicznych badających Słońce.

b) Badania zjawisk zachodzących w plazmie kosmicznej w przestrzeni
    międzyplanetarnej i okołoziemskiej

Badania plazmy w bliższej i dalszej przestrzeni kosmicznej stanowiły swego rodzaju polską specjalność w kosmosie. Dziedzina ta wybiła się w latach 50. i 60. minionego wieku, odkrywając wpierw nie tylko nieznany, ale również nieoczekiwany świat zjawisk elektromagnetycznych wokół Ziemi, a później wokół innych planet i w Układzie Słonecznym jako całości. Badania rozpoczęte jeszcze w 1973 r. z pokładu satelity Interkosmos KOPERNIK-500, kontynuowane w ramach wielu innych eksperymentów, z których ostatnim najważniejszym były wystrzelone w r. 1995 i 1996 rosyjskie INTERBALL-e 1 i 2, teraz prowadzone są głównie w sposób teoretyczny przy wykorzystaniu danych innych misji. Obecnie na orbicie znajduje się układ 4 satelitów CLUSTER, przygotowanych i wyniesionych przez ESA, polscy badacze zostali zaproszeni do współpracy w opracowywaniu i interpretacji wyników z tych satelitów. Ostatnio została wprowadzona na orbitę aparatura misji DEMETER, organizowanej przez francuską agencję kosmiczną CNES. Należy podkreślić istotny związek tych badań z burzliwie rozwijającym się kierunkiem ich zastosowań związanych z problematyką tzw. „pogody kosmicznej”.

c) Badania Ziemi metodami geodezji satelitarnej

Badania naukowe w tej dziedzinie opierają się głównie na pracy sieci obserwatoriów sztucznych satelitów, prowadzonej przez instytuty i wyższe uczelnie. Mają one za zadanie zbieranie danych do badań dynamiki globu ziemskiego i jej orientacji w przestrzeni, prowadzonych pod egidą Międzynarodowej Asocjacji Geodezyjnej. Sieć podstawowych stacji obserwacyjnych przedstawia się następująco:

1. — Centrum Badań Kosmicznych PAN — Obserwatorium w Borowcu¹⁾, ²⁾;
2. — Politechnika Warszawska — Obserwatorium w Józefosławiu ¹⁾, ²⁾;
3. — Obserwatorium w Lamkówku¹⁾, ²⁾;
4. — Instytut Geodezji i Kartografii — Obserwatorium w Borowej Górze²⁾;
5. — Uniwersytet Wrocławski — stacja we Wrocławiu²⁾.

Obserwatoria te działają w sieci International Geodynamical Service¹⁾ oraz europejskiej sieci EUREF²⁾.

Działalności obserwacyjnej towarzyszy obszerna działalność teoretyczna i analityczna w zakresie geodynamiki i podstawowych układów współrzędnych. Jednym z efektów jest nowa teoria nutacji, nagrodzona europejskim Medalem Kartezjusza.

d) Badania Ziemi metodami teledetekcji

Prace badawcze w zakresie teledetekcji ogniskują się wokół metod wykorzystania i interpretacji danych uzyskanych z czujników umieszczonych na satelitach oraz tworzenia modeli zjawisk, których dane te dotyczą. Należy tu wymienić tworzenie map zanieczyszczeń środowiska, stanu lasów, wilgotności gleb, dokumentacji powodzi itp. oraz modeli synoptycznych dla prognoz pogody. Dane do tworzenia tych modeli pochodzą z satelitów europejskich (Meteosat, ERS-1, -2, -3, Envisat) i amerykańskich, jednak przy interpretacji danych trzeba polegać przede wszystkim na siłach własnych. Towarzyszy temu komplementarny program pozyskiwania danych technikami naziemnymi, głównie dla potrzeb kalibracji informacji satelitarnej oraz zdjęć lotniczych w rejonach szczególnego zainteresowania. Badania prowadzone są najintensywniej w Instytucie Meteorologii i Gospodarki Wodnej (w zakresie meteorologii), Instytucie Geodezji i Kartografii, a także w wyższych uczelniach.

5. Program zastosowań

Badania kosmiczne są tylko częścią znacznie obszerniejszej działalności w przestrzeni kosmicznej, która ma olbrzymie znaczenie gospodarcze i polityczne.

Wśród zastosowań techniki kosmicznej na czoło wysuwa się niewątpliwie telekomunikacja, która jednocześnie jest obszarem największych inwestycji firm prywatnych w technikę kosmiczną. W Polsce był przygotowywany swego czasu projekt narodowego satelity telekomunikacyjnego POLSTAR, nie doczekał się on jednak realizacji. Obecnie istnieje na rynku światowym nadmiar mocy transmisji, toteż próby wejścia na ten rynek przez nowego operatora są skazane na niepowodzenie. Należy też zauważyć, że Polska, poprzez swego operatora narodowego, jakim była TPSA, była współudziałowcem konsorcjum Eutelsat. Po prywatyzacji TPSA i przejęciu nad nią kontroli przez kapitał francuski, a także po komercjalizacji Eutelsat nie ma w Polsce organizacji dostatecznie silnej i zainteresowanej w programie narodowym.

Istnieją w zasadzie dwa kierunki zastosowań techniki satelitarnej do telekomunikacji: jest to telewizja i transmisja danych. W zakresie telewizji rozwój technologiczny jest całkowicie zmajoryzowany przez koncerny elektroniczne i kosmiczne, co nie pozostawia pola do działania krajowym jednostkom. W zakresie transmisji danych sprawa jest bardziej otwarta. Polska mogłaby uczestniczyć w programie ARTES Europejskiej Agencji Kosmicznej, korzystając z normalnego kanału finansowania badań przez KBN.

Drugim szeroko znanym przykładem zastosowania sztucznych satelitów jest meteorologia. Ludzie oglądają codziennie obrazy zachmurzenia nad kontynentem lub całym globem, przesyłane przez satelity meteorologiczne. Polska służba meteo ma dostęp do źródeł tych obrazów, zaś Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej jest członkiem europejskiej organizacji Eumetsat, dysponującej własnymi satelitami. Wprawdzie występują ustawiczne kłopoty z opłatami składki do Eumetsat, można jednak uważać, że pod względem koncepcji sprawa ta jest ustawiona właściwie.

Dane meteorologiczne to jeden z rodzajów teledetekcji, która pozwala obserwować powierzchnię Ziemi w wielu aspektach i pod kątem różnych parametrów. Prowadzonych było i jest szereg programów, np.:

1. Wykonanie na podstawie zdjęć Landsat MSS mapy pokrycia terenu w skali 1:500 000, a później na podstawie zdjęć Landsat TM takiej samej mapy w skali 1:100 000, ale stanowiącej już część europejskiej bazy danych o pokryciu terenu.
2. Ocena stanu zdrowotnego lasów. Wykonano inwentaryzację uszkodzeń drzewostanów dla najważniejszych zagrożonych kompleksów leśnych i oceniano postępy w regeneracji drzewostanów.
3. Zbadanie zmian środowiska na obszarach zurbanizowanych i przemysłowych. Analizy wieloczasowych zdjęć satelitarnych dostarczyły informacji o kierunkach i rozmiarach zmian, głównie w użytkowaniu ziemi i zmian stosunków wodnych.
4. Mapy satelitarne jako warstwy tematyczne regionalnych Systemów Informacji Geograficznej i źródło danych dla tworzenia wielu warstw tematycznych tych systemów, głównie warstwy „pokrycie terenu”.
5. Monitorowanie stanu i zmian środowiska obszarów chronionych. Tworzone dla większości parków narodowych i parków krajobrazowych systemy informacji geograficznej korzystają powszechnie ze zdjęć satelitarnych.

Te i inne praktyczne zastosowania teledetekcji satelitarnej dają przykład ogromnych możliwości wykorzystania tej techniki dla pożytku społecznego. Europejska Agencja Kosmiczna wspólnie z Komisja Europejską uruchomiły program Global Monitoring for Environment and Security (GMES), który niewątpliwie zintensyfikuje te działania. Polska ma możliwość być objęta programem GMES, którego punkt kontaktowy na Europę Środkową i Wschodnią ustalony został w Centrum Badań Kosmicznych PAN.

Kierunkiem rozwijającym się intensywnie jest nawigacja satelitarna. Aktualnie jest oparta na wykorzystaniu amerykańskiego systemu GPS, jednakże jesteśmy w przededniu uruchomienia uzupełniającego europejskiego systemu EGNOS, zaś w perspektywie kilku lat oczekuje się wprowadzenia całkowicie nowego systemu europejskiego GALILEO. Oprócz konstelacji satelitów do pełnego wykorzystania systemu potrzebne są stacje naziemne. W Polsce utworzono dotychczas kilka niezależnych sieci lokalnych stacji referencyjnych DGPS przeznaczonych dla różnych celów, takich jak: nawigacja morska, nawigacja lądowa i monitoring pojazdów policji i służb ratownictwa miejskiego, potrzeby geodezji i inżynierii morskiej oraz Systemów Informacji o Terenie i Geograficznych Systemów Informacji oraz dla potrzeb monitoringu pojazdów komunikacji i służb miejskich w kilku miastach w Polsce. Rozpoczęto prace na obszarze województwa śląskiego nad realizacją Aktywnej Sieci Geodezyjnej. W roku 2000 Komisja Geodezji Satelitarnej KBKiS PAN oraz Sekcja Sieci Geodezyjnych Komitetu Geodezji PAN, opierając się na dokonanej analizie systemów stacji referencyjnych w krajach europejskich i Stanach Zjednoczonych, przyjęły w szczególności następujące określenie celów utworzenia Polskiego Systemu Stacji Permanentnych GPS:

1. Generowanie na stacji i transmisja poprawek DGPS/RTK.
2. Gromadzenie oraz udostępnianie za pośrednictwem Internetu danych obserwacyjnych stacji permanentnych dla celów geodezyjnych.

Dla obszaru Polski projektuje się utworzenie około 70 nowych stacji referencyjnych i włączenie już istniejących stacji do systemu. Przyjęto, że odległość między stacjami powinna wynosić 80 – 100 km.

W Warszawie znajduje się stacja monitorująca systemu EGNOS.

Geodezja satelitarna przyniosła już wiele istotnych zastosowań, jak np. ustanowienie nowego układu współrzędnych geodezyjnych zunifikowanego z układem europejskim. Prowadzone są prace nad realizacją sieci geodezyjnych niższych rzędów, osnowy wysokościowej i precyzyjnej geoidy dla terytorium.

Na pograniczu badań i praktycznego ich stosowania znajduje się program Pogoda Kosmiczna (Space Weather). Polega on na monitorowaniu i prognozowaniu zjawisk elektromagnetycznych zachodzących w przestrzeni okołoziemskiej i atmosferze, wywoływanych aktywnością Słońca. Znaczenie tej służby wzrasta wraz ze wzrostem obecności elektroniki i komputerów w naszym życiu. W Polsce funkcjonuje od dawna w Centrum Badań Kosmicznych PAN Ośrodek Prognoz Jonosferycznych, wchodzący w skład sieci międzynarodowej.

6. Możliwości rozwoju techniki kosmicznej

Pojęcie techniki kosmicznej kojarzy się z najwyższymi wymaganiami i jakością. Obejmuje ono bardzo szeroką paletę wyrobów, ale produkcja ta nie ma charakteru masowego. Rynek w tej dziedzinie jest stosunkowo płytki i zamknięty. Istnieją jednak określone nisze, które pozwalają dostać się na ten rynek również firmom z Polski. Można wyróżnić przynajmniej trzy obszary, w których takie szanse istnieją, a mianowicie:

1. — pokładowa aparatura badawcza;
2. — naziemne urządzenia wspomagające i kontrolne;
3. — elementy naziemnych systemów śledzących i naprowadzających.

Aparatura badawcza przygotowywana jest zazwyczaj przez laboratoria naukowe, które proponują eksperymenty w Kosmosie. Poszukują one poddostawców rozmaitych unikalnych przyrządów lub ich części składowych, kierując się zaufaniem do takiego dostawcy, opartym na wcześniejszym jego dorobku oraz certyfikatach zagranicznych agencji kosmicznych. Istnieje w Polsce grupa firm skupiona wokół Centrum Badań Kosmicznych PAN, która może się takim dorobkiem wykazać i ubiegać się o dalsze zamówienia.

Aparatura wspomagająca i kontrolna (Ground Support Equipment) nie jest przeznaczona dla pracy na orbicie, lecz stanowi wyposażenie laboratoriów i naziemnych zespołów konstrukcyjnych i obsługujących. Nie podlega ona tak ostrej certyfikacji jak aparatura lotna. Tu również istnieją pozytywne doświadczenia dostępu do tego rynku.

Trzecia grupa — naziemne systemy śledzące — to telemetria, radioelektronika, radary i optyka. Są to specjalności techniczne istniejące w Polsce na dobrym poziomie i przy wsparciu mogą być wprowadzone na europejski rynek techniki kosmicznej.

Trzeba tu powiedzieć, że rynek ten jest w Europie kreowany przede wszystkim przez Europejską Agencję Kosmiczną. Jest to rynek regulowany i kontrolowany. Okolicznością bardzo dla nas pomocną jest obowiązująca w ESA zasada zwrotu geograficznego (geographic return — zob. rozdz. 2). Niestety, Unia Europejska już tej zasady nie uznaje. Wychodząc naprzeciw naszym dezyderatom i problemom finansowym ESA utworzyła specjalnie dla państw naszego regionu program PECS, w którym składka roczna stanowi 1 mln euro, a zatem mieści się w realiach polskiego budżetu.

7. Program edukacyjny

Starania o rozwój tematyki kosmicznej w Polsce napotykają na ogół sceptycyzm, co do celowości i możliwości takiego rozwoju. Niewiara taka ma swoje źródło przede wszystkim w niewiedzy o tym, co jest robione i musi być robione w przestrzeni kosmicznej przy obecnym stanie rozwoju cywilizacyjnego. Dlatego niezbędnym składnikiem realizacji przedstawionej tu strategii jest szeroko pojęta edukacja, rozumiana jako nauczanie szkolne, kształcenie akademickie i podyplomowe oraz popularyzacja. To pierwsze ogniwo jest najsłabsze i wymaga decyzji na szczeblu centralnym. Studia związane z różnymi specjalnościami znajdującymi zastosowanie w programach kosmicznych prowadzone są na różnych uczelniach, w tym na Politechnice Warszawskiej działa Międzywydziałowe Studium Technik i Technologii Kosmicznych. W miarę możności są podejmowane rozmaite przedsięwzięcia popularyzujące tematykę kosmiczną — w tym zakresie większe zainteresowanie Telewizji Polskiej miałoby ogromne znaczenie.

8. Postulaty finansowe

W Polsce finansowanie badań kosmicznych od lat dokonuje się z wielkimi oporami. Po przemianach ustrojowych na początku lat 90. sytuacja uległa jeszcze pogorszeniu. Kierunek ten został potraktowany jako służący głównie problemom badawczym, a jednocześnie kosztowny, niewart więc szerszego wspierania. Spowodowało to uwiąd niektórych nieźle zapowiadających się kierunków badawczych (mikrograwitacja, medycyna kosmiczna). Jednocześnie w kraju nastąpiła degradacja przemysłów lotniczego i elektronicznego, które gdzie indziej stanowią bazę dla rozwoju techniki kosmicznej. Zespoły, które pozostały i utrzymały swoje zdolności badawcze, funkcjonują obecnie dzięki wsparciu Komitetu Badań Naukowych. Sumaryczna wysokość nakładów przeznaczana na tę tematykę może być oceniona na ok. 10 mln zł rocznie.

Kierując się filozofią gospodarki opartej na wiedzy nie można zostawić sprawy w tym stanie. Posługując się przykładem Irlandii i Hiszpanii, łatwo dojść do wniosku, że finansowanie badań kosmicznych należy do najbardziej obiecujących inwestycji naukowych, jakie może czynić budżet państwa. Hiszpania obecnie wpłaca ponad 90 mln € do ESA i realizuje program krajowy w wysokości ok. 20 mln €, co daje łącznie 110 mln € na działalność kosmiczną (dane za rok 2000). Nie uwzględnione są wydatki na cele obronne. Proporcja PKB Hiszpanii i Polski wynosi ok. 3,5:1.

Składka polska do Unii Europejskiej wynosi ok. 2,5% budżetu tej ostatniej. Rząd polski spodziewa się pozyskania sum większych, związanych z pomocą dla rolnictwa, infrastruktury i ochrony środowiska i nie przewiduje sytuacji, w której Polska miałaby być płatnikiem netto. Jednakże dochodzą już głosy o projektowanych zmianach struktury budżetu Unii po roku 2007, gdzie na czoło ma się wysunąć finansowanie programu lizbońskiego, czyli rozwój zaawansowanej technologii. W tym programie działalność kosmiczna będzie stanowiła znaczącą część. Polska nie uzyska wsparcia z tego programu, jeśli będzie pasywna w badaniach i rozwoju, a w tym i w badaniach kosmicznych. Zakładając, że inwestycje Unii na Kosmos będą tego rzędu, ile wynosi obecnie budżet ESA, a więc ok. 3,5 mld € rocznie, chcąc nie chcąc będziemy tę działalność finansować w wysokości ok. 400 mln zł rocznie.

Powstaje istotne pytanie: co zrobić, aby te pieniądze szły nie na rozwój przemysłu kosmicznego Europy — czytaj Niemiec, Francji, Włoch i Wielkiej Brytanii — lecz Polski? Jedynym sposobem na częściowe choćby wykorzystanie tych pieniędzy jest włączenie Polski do klubu kosmicznego Europy, a to jest możliwe tylko przez przystąpienie do ESA.

W tym dokumencie rozważamy perspektywę roku 2010, a więc kilka lat po wejściu do Unii Europejskiej. Postuluje się, aby w tym czasie Polska uzyskała podobny poziom nakładów na tematykę kosmiczną co Hiszpania w 2000 r., uwzględniając proporcje w dochodzie narodowym. Dawałoby to docelowo w 2010 r. ok. 125 mln zł rocznie, co wymagałoby wzrostu o czynnik 12 w stosunku do stanu obecnego.

Jednakże większość, ok. 2/3 tej sumy, to koszty związane z inwestycjami i utrzymaniem systemów satelitarnych działających w dziedzinie nawigacji, ochrony środowiska, meteorologii, rolnictwa i in. oraz wsparcie zamówieniami nowoczesnego przemysłu, zatem nie powinno pochodzić z budżetu nauki, lecz z innych źródeł. Dlatego byłoby zasadne wykorzystanie różnych kanałów finansowania, nie tylko tych wspieranych przez Ministerstwo Nauki. Posługując się przykładem innych krajów europejskich, należy postulować utworzenie wyodrębnionej pozycji budżetowej, pokrywającej koszty wykorzystania przestrzeni kosmicznej i rozwoju techniki kosmicznej.

9. Wnioski

Po przeanalizowaniu sytuacji wynikającej z akcesji Polski do Unii Europejskiej, rysujących się perspektyw, istniejących możliwości i występujących zagrożeń oraz dla osiągnięcia celów podanych na wstępie niniejszego opracowania, Komitet Badań Kosmicznych i Satelitarnych PAN przedstawia następujące wnioski:

1. W ramach regularnej składki płaconej do Unii Europejskiej, Polska będzie finansować europejski program kosmiczny na poziomie 400 mln zł rocznie.
2. W celu aktywnego uczestnictwa w programie europejskim i przynajmniej częściowego odzyskiwania tych pieniędzy w sposób korzystny dla polskiej gospodarki i nauki konieczne jest przystąpienie Polski do Europejskiej Agencji Kosmicznej i skorzystanie z propozycji pod nazwą PECS stopniowego włączania się w program ESA.
3. Wymiar finansowania polskiego programu kosmicznego w r. 2010 powinien być na poziomie 125 mln zł, z tego z budżetu państwa ok. 75 mln zł, przy czym wzrost powinien następować stopniowo, poczynając od najbliższego roku budżetowego.
4. Istotne jest uczestnictwo Polski w międzynarodowym wysiłku poznawania Kosmosu przez pogłębienie programu naukowego badań kosmicznych, tak w ramach ESA, jak i we współpracy z innymi agencjami.
5. Konieczne jest ustanowienie sprawnej formy organizacyjnej, odpowiedniej do form istniejących w innych krajach.
6. Niezbędne jest rozszerzenie działań edukacyjnych na poziomach: podyplomowym, uniwersyteckim i popularnym.

Źródło ilustracji: http://sci.esa.int

Autorzy są wybitnymi, znanymi w świecie specjalistami, od wielu lat współtwórcami programu polskich badań kosmicznych i ich znakomitymi realizatorami. Dwaj pierwsi są związani z Centrum Badań Kosmicznych, a trzeci z Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika w Warszawie