Magkereső

 
30október

Hogyan jutunk az űrbe?

Hogyan jutunk az űrbe?
Hogyan jutunk az űrbe?

Ahhoz, hogy távolabbra juthassunk az űrben, először azt kell kitalálnunk, hogy hogyan juthatunk el oda olcsóbban és hatékonyabban. Szerencsére ötletekben nem szűkölködünk.

1996 mérföldkő volt az űrközlekedés történetében. A KPMG nevű könyvvizsgáló vállalat által végzett vizsgálat szerint ez volt az első alkalom, amikor az egész világon az űrkutatás kereskedelmi bevételei meghaladták a kormánytámogatásokat, ami együttvéve körülbelül 77 milliárd dollárt jelentett. A növekedés azóta is folytatódik. Körülbelül 150 kereskedelmi, polgári és katonai eszközt állítottak pályára 1997-ben, köztük 75 kereskedelmi eszközt, ami háromszoros növekedést jelent az azt megelőző év adataihoz képest. Jonathan McDowell, a Harvard egyetem kutatója szerint az 1998-ban pályára állított szerkezetek száma megközelítette az 1997 évit. A piackutatások eredményei azt jelzik, hogy a kereskedelmi eszközök pályára állításának száma a következő néhány évben legalább is meg fog duplázódni; egyes becslések szerint több ezer telekommunikációs műholdat fognak építeni 2020-ig. Röviden összefoglalva, olyan űrbéli aranyláz kezdődött, amely feledtetni fogja a múlt évszázadbeli kaliforniai eseményeket.

Az űrutazásért lelkesedők már várják azt a napot, amikor nemcsak a hivatásos asztronauták és a Kongresszus tagjai, hanem a hétköznapi emberek is maguk mögött hagyhatják a földet és elutazhatnák egy űrállomásra, vagy akár a Holdra vagy a Marsra is. Az Űrközlekedési Szövetség, egy ipari lobby csoport mostanában hozott létre egy olyan alcsoportot, melynek feladata az űrturizmus népszerűsítése, amire úgy tekintenek, mint a Földön kívüli gazdasági fejlesztés járható útjára.

A csillagok felé vezető út nagy akadálya azonban az, hogy már az űrbe való eljutás is önmagában problémát jelent. Pusztán a fellövés is igen drága és veszélyes. A jelenlegi űrbéli lökhajtásos technológiák meglehetősen bonyolulttá teszik azt, hogy a naprendszer távoli pontjaira küldjünk szondákat. Az űrrepülőknek hosszú éveket igénybe vevő, indirekt röppályákat kell követniük, ami számos bolygót kerül meg annak érdekében, hogy ezek gravitációját kihasználva segítségével tegyenek szert sebességre. Emellett az űrrepülőnek nincs elég energiája arra, hogy visszatérjen. Az, hogy más naprendszerekbe küldjünk űrhajókat, évszázadokat venne igénybe.

Szerencsére a mérnököknek sok új tervük van az új hajtóművekkel kapcsolatban, és ez egy nap, szó szerint vagy jelképesen, bolygónkon túlra terjeszti majd ki az emberi létet. E tervek közül némelyik a jelenlegi rakéta vagy sugárhajtómű technológiák radikális finomításáról szól. Mások a nukleáris technológiára vagy nagy hatóerejű lézersugarakra építenek. Még „űrliftekhez” hasonló szerkezeteket is kitaláltak annak a problémának a megoldására, hogy hogyan lehetne az űrjárműveket Föld körüli pályájukra eljuttatni.

„Ha már elértél egy Földközeli pályát, akkor félúton vagy, bárhova is mész a Naprendszerben”, így hangzott a science fiction író Robert A. Heinlein emlékezetes kijelentése. És valóban, szinte minden kutató megegyezik abban, hogy a Földközeli pályákra való alacsony költségű eljutás a legfontosabb első lépés, mivel az emberiség űrbéli hatókörének kiterjesztésével kapcsolatos összes terv a nagyméretű űrrepülők vagy egyéb szerkezetek keringés közbeni összeállításától függ, ami többszörös fellövést igényel.

Már most is sürgető a megfelelőbb hordozóeszközök iránti igény, amelyet mind a magán, mind az állami szektor támaszt. A legtöbb kereskedelmi szállítmány célja vagy a már most is zsúfolt geostacionárius pálya az Egyenlítő fölött, ahol a műholdak már most is harcolnak a szükséges 36000 kilométeres helyért, vagy a Földközeli pálya, mindössze pár kilométerrel feljebb. A Földközeli pálya azért válik ilyen gyorsan népszerűvé, mert ilyen közelről a műholdak jeleket tudnak továbbítani akár az íróasztalunkon elhelyezett vagy kézi jelfogó állomások felé.

Emellett egyre több űrrepülőt indítanak tudományos céllal. A következő évtizedben több mint 50, más naprendszerek égitestjeit vizsgáló obszervatóriumot és szondát indítanak. Az ilyen programok aránya mindenképpen növekedni fog, amint a NASA a gyakorlatba is átülteti új irányelvét: a „gyorsabb, jobb, olcsóbb” űrjárművel kapcsolatban: a most kifejlesztett tudományos űrprogramok csupán a harmadába kerülnek annak, amennyit a kilencvenes évek elején költöttek volna rájuk. Emellett, a Nemzetközi Űrállomás várhatóan 15 éves élettartama alatt számos legénységcserét, üzemanyag és egyéb teherszállítmányt igényel majd, amellett, hogy már űrbéli

A nap körül keringő szállító űrrepülőt most építi a Boeing. Az eszköz rendelkezik egy nagyméretű reflektorral, ami a napsugarakat egy grafittömbre fókuszálja, ami 2100 Celsius fokra melegszik fel és a tárolt folyékony hidrogén üzemanyagot elpárologtatva generálja a hajtóerőt. A jármű néhány hét alatt viszi át a rakományt a Földközeli pályákról a távolabbakra. A fénnyel hajtott jármű a szokásosnál kisebb rakéták segítségével tud műholdakat pályára állítani.

összeállításához is előreláthatólag 45 repülésre lesz szükség. Számos Földet megfigyelő űrhajó is felrepül majd az elkövetkező években, a titkos kémeszközöktől a meteorológiai műholdakon át az olyan high-tech eszközökig, amelyek a globális változásokat figyelik. Az űrrepülők iránti egyre növekvő igény arra ösztönözte a Boeing kereskedelmi űrrepüléssel foglalkozó csoportját, hogy összeálljon a moszkvai RSC-Energiával és az oslói Kvaerner Maritime nevű gyárral, hogy közösen rendbe hozzanak egy olajfúrótornyot és felépítsenek rajta egy 34000 tonnás, félig víz alá meríthető rakétakilövő állomást, amely szabadon vontatható a pálya szempontjából megfelelő kilövő helyszínre.

Az aranyláz után

Még a legjózanabbul gondolkodó tudósok is szívesebben látnának több olyan űrrepülőt, ami a Föld környezetét figyeli és a naprendszer távolabbi csücskeit vizsgálja. A látnok típusú kutatók virágzó űripart képzelnek el, melynek alapja az ásványbányászat az aszteroidákon és bolygókon, vagy a gázok kivonása a bolygók atmoszférájából energiatermelésre vagy az élet elősegítésére. K.R. Sridhar, az Arizonai Egyetem kutatója a Mars-kutatás híveinek mondatait idézi, amikor azt állítja, hogy az űrbéli úttörőknek a „földből kell megélniük”: kifejlesztett egy olyan elektrokémiai elemet, amely képes oxigént generálni a Mars légköréből. Egy cég, a SpaceDev, már szóba hozta az aszteroidákon való bányászatot, amivel ki is vívta az Érték- és Tőzsdebizottság bírálatát óvatlan lelkesedéséért. Néhány álmodozó arra szenteli idejét, hogy megtalálja annak módját, hogy hogyan küldhetnénk űrszondákat a naprendszeren túlra a hatalmas csillagközi tér mélységeibe.

Az űrbe való vágyakozás moraja még ennél is figyelemreméltóbb, ha figyelembe vesszük az űrbe való eljutás magas költségeit. A hagyományos rakéták ára, melyek legnagyobb része kormányfejlesztés eredménye, körülbelül 20000 dollár minden olyan kilogrammért, amit Földközeli pályára szállít. Az űrsikló, amit a Boeing és a Lockheed Martin által létrehozott Egyesült Űrszövetség működtet, a tervek szerint az űrutazás olcsó módja lett volna, azonban költségei semmivel sem alacsonyabbak, mint a hagyományos „fogyóeszköz” típusú rakétáké. Mindenesetre az űrsikló kereskedelmi célokra nem használható a Challenger 1986. évi katasztrófája óta. Ha ma lenne olyan űrhajó, amely képes magával vinni ötven utast, akkor ezért fejenként 8.4 millió dollárt kellene fizetniük.

Az űrutazás azért olyan költséges, mert a hajtóműnek rövid út esetén is magával kell vinnie mind az üzemanyagot, mint pedig az oxidáló anyagot és (a részben újrafelhasználható űrsiklót kivéve) a hajtóműveket a rövid működés után az atmoszférában hagyják elégni. A mérnökök régóta reménykednek abban, hogy megnyirbálhatják az indítás költségeit azáltal, hogy olyan többször felhasználható szerkezetet építenek, amit a repülések között elég ellenőrizni és újratölteni üzemanyaggal, mint például a mai kereskedelmi repülőgépek hajtóművei. Megalakult egy számos cég által alkotott csoport, melynek célja, hogy csökkentse az indítás elmúlt években nagyon magasra szökött költségeit, és amelynek számos tagja a NASA korábbi vezetőségéből került ki. Legtöbbjük a már létező technológiát akarja a kereskedelmi célokhoz igazítani, hogy lehetővé váljon a kisebb szállítmányok földközeli pályára való állítása.

Buck Rogers ismét nyeregben

A Roton járművet a Redwood City-beli (Kalifornia) Rotary Rocket építi. A szerkezet függőlegesen száll fel, és egy könnyű forgó rakéta hajtómű hajtja. Miután rakományát Földközeli pályára állította, helikopterszerű rotorokat enged ki. Először az alsó része lép vissza az atmoszférába. A helikopterrotorok először passzívan forognak, később azonban a végükön elhelyezkedő kisméretű rakéták forgatják őket, ami lehetővé teszi a függőleges leszállást.
alapján dolgozunk. A legelső Boeing Delta 3, amely évtizedek óta az első magánfejlesztésű hajtómű volt, múlt augusztusban nem sokkal azután felrobbant, hogy kilőtték Cape Canaveral-ből, ami jócskán visszavetette a Boeing terveit. Egy U.S. Air Force / Lockheed Martin Titan 4A két héttel korábban robbant fel kilövés után ugyanott, és a European Arianespace szintén költséges kudarcot vallott 1996-ban új űrrepülőjével. Amerikában a költségek és az igények közötti összeférhetetlenségek azt eredményezték, hogy a múlt évtizedben töröltek számos kormány által támogatott programot, amelyek célja az lett volna, hogy hétköznapi használatra szánt rakétákat fejlesszenek ki.

A vállalkozó szelleműeket azonban nem ilyen könnyű eltántorítani. Egyikük, aki a legmesszebbre jutott és a legbiztosabb anyagi háttérrel rendelkezik, a kirklandi (Washington) Kistler Aerospace, amely tervezett 5 rakétájából az első kettőt építi, melyeknél orosz hajtóműveket alkalmaznak. Az űrhajók első egysége vissza fog repülni az indítás helyére, a második egység visszatérés előtt a Föld körül fog keringeni. Mindkét egység ejtőernyő segítségével fog leereszkedni, és felfújható légzsákokra fog leszállni. A cég eddig 440 millió dollárral rendelkezik és még több száz millióra van szüksége, azonban azt nyilatkozták, hogy a világgazdasági problémák ellenére a repülések még ebben az évben megkezdődnek. A magántőkével rendelkező texasi Beal Aerospace Technologies egy olyan három egységből álló űrrepülőt fejleszt, melynek tervezett indulási ideje a 2000.-ik év harmadik negyedéve. David Spoede, a vállalat alelnöke szerint későbbre tervezik egy újrafelhasználható változat kifejlesztését.

Számos cég a légköri oxigén felhasználásával szeretné növelni előnyét, és ezáltal csökkenteni azt az oxigénmennyiséget, amelyet a rakétának kell szállítania. Ez legegyszerűbben egy olyan járművel érhető el, ami vízszintesen száll fel és le. A vandenbergi (Kalifornia) Pioneer Rocketplane egy könnyűsúlyú, kétüléses jármű fejlesztésén dolgozik, amely egyaránt fel van szerelve rakétahajtóművekkel és hagyományos turbinás (turbofan) hajtóművekkel. A gép, a rakománnyal és egy hozzákapcsolt második egységgel, melyek kisméretű, űrsikló jellegű rakterében helyezkednek el, a hagyományos turbofan motorok segítségével kifutópályáról száll fel és 6100 méterig emelkedik. Ott egy üzemanyag-tankerből 64000 kg folyékony oxigént vesz fel. Miután a két gép elvált egymástól, az oxigén segítségével beindulnak a gép rakétahajtóművei, ami 25 Mach-ra gyorsítja és 113 kilométer magasba viszi, ahol a gép elereszti rakományát és a második egységet. Charles J. Lauer, a társaság üzleti fejlesztéssel foglalkozó alelnöke szerint a legnagyobb technikai kihívást a cseppfolyósított oxigén biztonságos tankolása jelenti.

A nehézsúlyú űrrepülőgépet a palmdalei (Kalifornia) Space Access fejleszti. Az űrhajó olyan újfajta ejektoros ramjet motorokkal van felszerelve, ami 6 Mach-ra gyorsítja fel, ezután pedig rakétahajtóműre kapcsol át. A különálló egységek külön repülnek vissza a fellövés helyszínére.
gép kifejlesztésén fáradozik, ez azonban nagyobb, akár 32000 kg rakomány szállítására is képes. A Kelly cég Astroliner-ét, amely külsejét tekintve az űrsikló kisebb változata, 6100 méterig vontatni kell. Ebben a magasságban a gép teszteli a rakétahajtóműveket, és vagy felemelkedik 122000 méterre, vagy visszarepül az indítóállomásra. Az első két jármű közel 500 millió dollárba kerül, és a Kelly most keres befektetőket.

Más társaságok még kísérletezőbbek a technikai dolgokat illetően. Az egyik legvállalkozó szelleműbb a Redwood City-i (Kalifornia) Rotary Rocket (kép fent), amely olyan személyzetet is szállító rakétát tervez, amely függőlegesen száll fel és le. Az egyik legfőbb újdonság a Roton nevű jármű tervével kapcsolatban a hajtóműve. Az oxidáló-anyagot és az üzemanyagot 96 belsőégésű motorba töltik, melyek egy 7 méter átmérőjű korongban helyezkednek el, melyet indulás előtt percenkénti 270-es fordulatszámra gyorsítanak fel. Az égéshez a centrifugális erő biztosítja a nyomást, így nincs szükség nagyméretű, drága turbo pumpákra, és ez egyben azt is lehetővé teszi, hogy a jármű egyetlen egységből álljon. A Roton két összehajtható helikopterrotor segítségével száll le, amit a rotorlapátok csúcsán lévő apró rakéták forgatnak. A Rotary Rocket szerint ez a jármű a mai költségek egytizedéért lesz képes szállítmányát Földközeli pályára állítani. Az első indítást 2000-re tervezik; a társaság már tesztelt különálló motorokat, és valószínűleg még ebben az évben sor kerül az atmoszférán belüli repülésekre. A tervben „sok a kihívás”, mondja Mark R. Oderman, a cambridgei (Massachusetts) CSP Associates ügyvezető igazgatója, aki az újfajta rakétatechnológiákat vizsgálja. Oderman szerint a Rotonnak számos olyan jellemzője van, „amely jelentős technikai és anyagi veszélyeket rejt magában.”

A plamdalei (Kalifornia) Space Access egy teljesen másféle, de ugyanilyen merész eszközt tervez. Ez a nehéz súlyú űrhajó vízszintesen száll majd fel és le egy olyan szabadalmazott hajtómű segítségével, amit ejektoros lökő-sugárhajtóműnek hívnak (ejector ramjet) (látsd fent). Ez az újfajta hajtómű, amit a Földön már kipróbáltak, álló helyzetből a Space Accessnél dolgozó Ronald K. Rosepink szerint akár 6 Mach-ig gyorsítja a járművet, ami olyan teljesítmény, ami jócskán túlmegy azon, amivel ma találkozhatunk. Rosepink szerint a hajtómű legalább tízszer hatékonyabb, mint a ma létező hajtóművek.

Miután elérte a 6 Mach-ot, a gép beindít két folyékony hidrogénnel hajtott rakétát. 9 Mach-nál a kinyílik a gép orra (mint a krokodil állkapcsa), és elereszti a második és harmadik egységet, valamint a rakományt. Ezek az egységek szárnyakkal rendelkeznek, visszarepülnek és vízszintesen landolnak a kifutón. A Space Access gépe körülbelül 14000kg tömegű rakomány szállítására lesz alkalmas, ami ugyanakkora, mint amekkorát az űrsiklók szállítanak. Rosepink szerint a kereskedelmi forgalmazás 2003 körül kezdődik majd.
A jelenleg fejlesztés alatt álló legkiemelkedőbb hordozójárművet, az X-33-t a Lockheed Martin cége, a palmdalei (Kalifornia) Skunk Works építi, egy egyesült ipari-NASA együttműködés keretében, melynek célja az űrrepülő-indítás költségeinek tizedére csökkentése. Az X-33 egy, az eddigiekhez képest körülbelül feleakkora kísérleti űrrepülő, melynek célja egy „lineáris légtüske” (linear aerospike) nevű rakétahajtómű és számos egyéb technológiai újítás tesztelése. A tervek szerint a linear aerospike egy teljesen újrafelhasználható, függőlegesen felszálló járművet állítana pályára, amelynek hajtóműve egyetlen egységből áll, és képes alkalmazkodni a változó légköri nyomásviszonyokhoz. Az X-33 azonban, amely maga már nem vesz részt a keringésben, a jelenlegi konstrukciós technikánk határát súrolja. Néhány megfigyelő már most kételkedik abban, hogy képes lesz-e az X-33 elég információt nyújtani a NASA-nak egy beígért 2000 évi döntéshez azt illetően, hogy az ügynökség egészen 2020-ig a jelenlegi űrsiklókra bízza magát, vagy már 2012 körül leselejtezze az ilyen költséges hajtóművel felszerelt űrjárműveket.

A hajtóművek építésével kapcsolatos nehézségek miatt hat hónappal el kellett halasztani az X-33 első repülését, egészen ez év végére. Daniel R. Mulville, a NASA főmérnöke fenntartja, hogy további „egy – vagy kétéves” fejlesztésre van minden valószínűség szerint szükség azután, hogy a 2000 év vége felé elvégezték a repülési teszteket, mielőtt döntést lehet hozni a teljes méretű egy egységből álló keringő jármű megépítéséről. (A Lockheed Martin azonban, ahol a tervet VentureStar-nak nevezik, azt állítja, hogy a jármű már a 2000. év végére elkészül). Van azonban egy probléma: a világon nincs akkora autokláv, mint amekkorára a VentureStar összetett folyékonyhidrogén tankjához szükség van. További munkálatokra van szükség a fém burkolólapok esetében is, amelyek az atmoszférába való visszalépéskor a hőtől védik az űrrepülőt.

A VentureStart úgy tekintették, mint egy lehetséges nemzeti hordozó rendszert, mondja Marcia S. Smith a Kongresszusi Kutatási Szolgálattól. Az időzítés azonban kissé szokatlan, mivel az első VentureStar nem fog embereket szállítani. A NASA nemrégiben kért fel ipari cégeket arra, hogy vizsgálják meg annak lehetőségeit, hogy hogyan lehetne mind embereket, mind egyéb rakományt föld körüli pályára szállítani a következő évszázad elején. Néhány, valószínűleg hasznos trükköt most vizsgálnak egy kisebb méretű kísérleti jármű, az X-34 segítségével. Ez két egységből álló technológiákat fog tesztelni, egyebek között egy újrafelhasználható kerámia burkolólapot, és a tesztelések ez évben kezdődnek.

Túlmenően az X-33 és X-34 technológián a NASA nemrégiben felgyorsította a hiperszonikus sugárhajtóművekkel kapcsolatos munkákat, amelyek hátrányba szorultak miután 1994 novemberében törölték a Nemzeti Űrrepülőgép Programot. A sugárhajtóművek scramjet-nek nevezett változatai – amelyek ugyanúgy levegőbefúvással működnek, mint a hagyományos sugárhajtóművek, de 6 Mach feletti sebességnél is működőképesek – segíthetnek abban, hogy belátható céllá váljék az olyan űrrepülő megépítése, amely egyetlen, pályára álló egységből áll. A 2000. évtől kezdődően számos pilóta nélküli scramjet (amelyet X-43-nak neveznek) fog akár 10 Mach sebességig felrepülni, majd a Csendes-óceánba zuhanni. (lsd. Charles R. McClinton írását).

Azok a nehézségek, amelyekkel az ilyen fejlesztések során szembe kell nézni, mondja a NASA-nál dolgozó Gary E. Payton, abban rejlenek, hogy le kell lassítani a bemenő levegőt annyira, hogy a hajtóerő létrehozása érdekében elégethető legyen benne az üzemanyag anélkül, hogy felesleges hő keletkezne. Elvben ezt meg lehet tenni azáltal, ha létrehozunk egy lökéshullámot a levegőnyílásnál. Ez azonban nagy energiaveszteséget jelent.

Egy esetlegesen úttörő jelentőségű hordozótechnológia egy olyan levegő befúvásos hajtómű, ami egyben rakétaként is működik mind alacsony sebesség mellett, mind pedig akkor, amikor a levegő már túl ritka ahhoz, hogy érdemes lenne felhasználni. Ebben a magasságban az űr felé haladó jármű valószínűleg körülbelül 10 Mach sebességgel közlekedik. Az ilyen rakéta-alapú kombinált hajtóművek még csak a szélalagutas tesztelésnél tartanak, és ezeket egy űrjármű tartozékaként kell megtervezni a kellő hajtóerő elérése érdekében. A NASA nemrég kötött egy közös költségű szerződést a Boeinggal az új Future-X program keretében egy olyan fejlett technológiájú jármű kifejlesztésére, amely számos hiperszonikus repülési technológiai újítás tesztelésére lesz alkalmas. Payton szerint, „ha jól mennek a dolgok”, 2004 és 2006 között sor kerülhet a rakéta alapú kombinált hajtóművek tesztelésére.

Amint a jármű elhagyja az atmoszférát és eléri a keringési sebességet – ez körülbelül 25 Mach vagy 18000 mérföld per óra - teljesen megváltoznak a tervezés céljai. Itt már nincs szükség nagy tolóerőre, mivel a járműnek nem kell szembeszállnia a földi gravitációval és légellenállással. Számos új megközelítést vizsgálnak, többek között azt az ion hajtóművet, amit a NASA Deep Space 1 űrrepülőjére szereltek. Az ion hajtóművek úgy működnek, hogy az üzemanyag töltéssel rendelkező atomjait (ionjait) gyorsítják nagyfeszültségű elektromos hálók segítségével. Amikor az ionok elhagyják a hajtóművet, tolóhatást fejtenek ki. Jelenleg a xenon a legnépszerűbb üzemanyag.

A Deep Space 1 az energiát napelemek segítségével nyeri, azonban elméletileg bármilyen energiaforrás felhasználható egy ion hajtómű működtetéséhez, ami körülbelül tízszer akkora hajtóerőt képes létrehozni egy kilogramm üzemanyag felhasználásával, mint a kémiai elven működő rakéták. Ennek eredményeképpen az ion hajtóművek, bár csak grammnyi erőt generálnak, elméletileg éveken át működhetnek megállás nélkül, ami lehetővé teszi, hogy az űrrepülő nagyon magas sebességet érjen el. Az ionhajtóművek segítségével valószínűleg lehetővé válnának hosszú távú utak az Uránusz és a Neptunusz vizsgálatára, ami James S. Sovey, a NASA Lewis Center munkatársa szerint sokkal több adatot szolgáltatna, mint amit 1980-ban a Voyager 2 szerzett, amikor elrepült e bolygók mellett.

Egyéb tolóhajtóművek

Az ionhajtómű nem az egyetlen futurisztikus űreszköz, amit a naprendszer felderítésére kitaláltak. A Hall (csarnokos) tolóhajtóművek (Hall Thruster) szintén ionokat gyorsítanak, de háló nélkül. Ezek részben sugárirányú mágneses mezőt alkalmaznak az ionok irányítására, és ezáltal még nagyobb tolóerő előállítására képesek: már tesztelnek egy 50 kilowattos változatot, és a kutatási modellek Robert S. Jankovsky (NASA Lewis Center) szerint éppolyan üzemanyag-takarékosak, mint az ionhajtómű. Ezek az eszközök ma elsősorban a Földközeli űrprogramok tekintetében vonzóak, ez azonban változhat, ha teljesítményük javul. Az amerikai kormány egy ilyet már kipróbált egy titkos rakomány szállításánál, és a Teledisc, amely egy globális telekommunikációs hálózat kiépítését tervezi, szintén ilyen tolóhajtóműveket fog használni műholdjain.

Ma már szinte minden Földközeli pályán keringő műhold esetében fotovoltaikus cellákat használnak. Emellett teljesítményük várhatóan javulni fog: a NASA olyan terveket fejlesztett ki, amelyek számtalan olyan apró lencsét tartalmaznak, melyek a fotovoltaikus anyagra fókuszálják a nap sugarait. A Deep Space 1 most ezt a típust teszteli.

A napenergiát azonban közvetlenebb módon is felhasználhatjuk a tolóerő előállítására. Az amerikai Légierő 48 millió dollárt áldozott egy négyéves programra, melynek célja egy olyan napenergia hajtotta rakétaegység kialakítása, amely a műholdakat Földközeli pályáról geostacionárius pályára viszi át a kémiai elven működő rakéták költségeinek töredékéért. A Solar Orbit Transfer Vehicle könnyűsúlyú tükör segítségével irányítja a napsugarakat egy grafittömbre, ami 2100 Celsius fokra melegszik fel és elpárologtatja a tárolt folyékony hidrogént. A tolóerőt a kitáguló gáz biztosítja.

Egyes elképzelés szerint 3-8 hétbe tellene hogy geostacinárius pályára állítsunk ma használatos szerkezetet, de könnyű súlya miatt a műholdat kisebb rakétára is rá lehetne szerelni. Minden egyes indítás esetén a megtakarítás így több tízmillió dollárt jelentene, emeli ki a program helyettes vezetője, Thomas L. Kessler (Boeing)

A nap azonban ennél többre nem képes, és bonyolult olyan utazásokra felhasználni a napenergiát, melynek úticélja valamely a Jupiternél távolabb fekvő bolygó. Mind a Jupiterre indított Galileo program, mint pedig a Szaturnuszra indított Cassini expedíció esetében radioizotóp hőgenerátorokat alkalmaztak, ami azt a hőt használja fel elektromosság generálására, ami a plutónium 238 bomlásából származik. Ezt a technikát azonban nem lehet nagyobb mennyiségű energia generálására alkalmazni.

A Deep Space 1 űrhajó ionhajtóművek segítségével repül, és úticélja egy aszteroida. A rendszer napelemek segítségével generál elektromos mezőt, ami a xenon töltéssel rendelkező atomjait gyorsítja. A hajtómű hetekig képes működni, és így magas sebességeket érhet el.


Mivel a reaktor működése mindenképpen némi radioaktív hulladékot is jelent, az űrbéli nukleáris energia propagátorai olyan konstrukciókat képzelnek el, amelyeket inaktív állapotban kémiai elven működő rakétákon indítanának útnak. Csak azután indítanák be a reaktorokat, miután biztonságos távolságra kerültek a Földtől, így nem jelentenének veszélyt, ha esetleg indítás közben baleset történne. Néhány becslés szerint egy nukleáris energiát felhasználó út a Marsra mindössze 100 napig tartana, ami körülbelül a fele annak, amennyi idő alatt a becslések szerint egy kémiai elven működő rakéta odaérne. Egy ilyen reaktor a NASA fő technológusa, Samuel L. Venneri szerint azért is hasznos lenne, mert energiát szolgáltatna a Marson.

A reaktorokat számos különböző módon lehetne lökhajtásra alkalmazni. James R Powell egy olyan reaktort mutat be, amelyik közvetlenül generál tolóerőt és rövid, intenzív lökéseket hoz létre. Egy ilyen szerkezet Powell szerint lehetővé teszi, hogy kőmintákat juttassunk vissza a Földre a Plútóról. Vannak azonban más lehetőségek is. Olyan reaktort is lehet tervezni, amely hosszú időn át generál hőt. Ezután számos lehetőség adódik a hő átalakítására, hogy segítségével ionhajtóműveket, Hall hajtóműveket hajtsanak, vagy olyan újfajta, tervezés alatt álló elektromos lök-hajtóműveket, melyeket plazmodinamikus tolóhajtóműnek neveznek. „Összepárosíthatjuk a különböző reaktor és hajtómű-elképzeléseket”, mondja Gary L. Bennett, a NASA korábbi lökhajtómű-fejlesztéssel foglalkozó igazgatója. Azonban a bármiféle nukleáris dologgal kapcsolatos általános negatív közhangulat azt is jelenti, hogy az űrbéli reaktoroknak jelentős politikai akadályokkal kell szembenézniük, és e területen a NASA sem tesz túl nagy erőfeszítéseket.

Sugározz be

Függetlenül attól, hogy végül kifejlesztik-e az űrbéli atomenergiát vagy sem, a mérnökök és tudósok optimisták a naprendszer további vizsgálatával kapcsolatos kilátásokat illetően. Ivan Bekey, aki korábban vezető beosztásban dolgozott a NASA-nál, ma pedig tanácsadó, hisz abban, hogy megfelelő erőfeszítésekkel az indítási költségek a kilogrammonkénti 20000 dollárról akár két dollárra is csökkenthetők az elkövetkező negyven év alatt. Jóslata szerint a teljesen újrafelhasználható, egyetlen keringő egységből álló szállítóeszközök segítségével egy évtizeden belül el lehet érni a költségek tizedére csökkentését.

Az olyan hajtóművek, amik kombinálják a hiperszonikus technológiát a rakétahajtóművekkel, az új nagy energiájú hajtóművek mellett ismét tizedére csökkenthetik a költségeket. (Az újrahasználható egy egységből álló járművek, melyek mindegyike évi 1000 repülésre képes, Bekey becslése szerint egy másik útja annak, hogy a kilogrammonkénti költségeket 200 dollárra csökkentsük.) Bekeyre nagy hatást tesznek a mágneses elven működtetett katapultok is, amelyek egy rakétát képesek a kifutópálya fölé emelni. A kifutópálya egyik végén egy felfelé irányuló hajlat helyezkedne el – így előnyös lenne, ha a pályát egy hegy oldalába építenék. A rakétahajtású jármű a pálya mentén gyorsulna, és 30-40 fokos szögben, hangsebességgel hagyná el azt.

Több mint húsz évvel későbbre Bekey olyan járműveket képzel el, melyeket mikrohullámok hajtanak. Ilyen járműveket ír le Leik N. Myrabo, aki a Rensselaer Polytechnik Institute munkatársa. Ezek az eszközök olyan magneto hidrodinamikai erők segítségével állítják elő a hajtóerőt, amelyek akkor lépnek fel, amikor vezetőképes folyadék vagy gáz halad keresztül keresztezett elektromos és mágneses mezőkön. A tervezés útjában jelentős akadályok állnak, de sokan azok közül, akik megvizsgálták az elméletet, úgy gondolják, hogy fel lehet használni. Mivel a sugár formájú energia azt jelenti, hogy sem oxidálószert, sem üzemanyagot nem kell kivinni a föld gravitációs teréből, a lézer- vagy mikrohullámok által hajtott űrjármű Bekey szerint kilogrammonként 20 dollárra csökkentheti a költségeket.

Myrabo és mások szerint a sugárformájú energiával hajtott járművet keringő napelem-állomások is támogathatják. Elvben az ilyen űrbéli erőműveknek számos előnye van: pályájuknak azon a részén, amikor megvilágítja őket a nap, elég fotont gyűjtenek össze. A NASA, a lelkes Dana Rohrbacher ösztökélésére, aki Kalifornia állam képviselője és a képviselőház űrkutatással foglalkozó albizottságának elnöke, azt vizsgálja, hogyan tudnának energiát biztosítani a földi felhasználók számára. Venneri szerint azonban a múltban „nem volt anyagi támogatás” ilyen célra. A felfújható struktúrák használata a földközeli pályákon valamelyest csökkentheti a költségeket, teszi hozzá.

A keringő napelem-állomások azonban, amelyek emlékeztetnek a Függetlenség napja című filmben látott repülő csészealjakra, talán gazdaságosabbak lehetnek, ha energiájukat olyan járművek használják, amelyek keresztülhaladnak a föld atmoszféráján. Legalábbis Myrabo ezt állítja.

Az űrrajongók azokért a pányvákért, hosszú összekötő kábelekért is lelkesednek, amelyek keringés közben hatalmas potenciálra tesznek szert, ami csaknem képessé teszi őket arra, hogy lök-hajtásra használjuk őket. Bizarr tulajdonságuk abból adódik, hogy annak érdekében, hogy keringésben maradjanak, a Föld középpontjától távolabb eső tárgyaknak valamivel kisebb horizontális sebességet kell fenntartaniuk, mint a közelebbi tárgyaknak. Ennek eredményeképpen, amikor különböző magasságokban lévő tárgyakat összekötünk egy olyan pányvával, ami hosszabb néhány száz méternél, hatalmas erők tartják megfeszült állapotban.

Más fizikai törvényszerűségek, például a szögsebesség megmaradása, ezután is érvényesek az összekötött objektumokra. Ennek következménye az, hogy a pányva úgy is használható, mint egy hatalmas parittya, amelynek segítségével a hajtóerő hatékonyan vihető át a keringő objektumok között, s arra is alkalmas, hogy segítségével pályák között hajtsuk a műholdakat. Az elektromos vezetéssel is rendelkező változatok az emelés mellett elektromos áram generálására is használhatók. Ezzel együtt Venneri arra is figyelmeztet, hogy a nagy, több objektumból álló keringő rendszerek viselkedésének előrejelzése és kontrollálása jelentős feladatot jelent.

A pányvarendszer azt a meglepő elképzelést is felveti, hogy az egész Földet hozzáköthetjük egy geostacionárius pályán keringő műholdhoz egy kötéllel, amit egy ponton hozzáerősítünk az Egyenlítőhöz. Ezután megfelelő eszközök fel tudnának mászni a pányván hogy elérjék a kívánt magasságot, egészen 36000 km-ig, méghozzá nagyon kicsi energia-befektetéssel.

Ilyen pányvát ma nem tudunk építeni, mert azok miatt az erők miatt, amelyeknek ki lenne téve, olyan anyagból kellene készíteni, ami súlyához képest erősebb, mint a Kevlar, az a polimer, amit rövidebb pányvákhoz használnak. Bekey szerint az olyan csövek lennének alkalmasak amelyek átmérője néhány nanométer, és szénatomok alkotta mikroszkopikus rostokból állnak. „Ha megtudjuk, hogyan csinálhatunk ezekből hosszú köteleket, és hogyan köthetjük össze őket, akkor képesek leszünk olyan pányvákat készíteni, amelyek a mai anyagokból készíthetőknél 600x erősebbek” jósolja magabiztosan. Ez elég erős lenne. A geostacionárius pányvarendszer kilogrammonként két dollárral csökkenthetné az indítási költségeket Bekey szerint.

Ha ezek a tervek nem lennének elég ambiciózusak, a hosszútávon gondolkodók már ma is olyan elképzeléseket vizsgálnak, amelyek segítségével egy nap lehetővé válik az emberek számára, hogy egy másik csillagra küldjenek űrrepülőket. Jelenleg a legígéretesebb megközelítés a fényvitorlák használata (lsd. Harry M. Harris írását). Ezek számos különféle rakomány szállítására alkalmasak a Naprendszerben.

Sok elkötelezettje van a fúzióban elméletileg rejlő hatalmas energia űrrepülésben való alkalmazásának is. Bár még a Földön sem mutatták be a fúzióból származó hasznos energia kontrollált előállításának módját, a remény végtelen, és egy űrbéli fúziós reaktor képes lenne annyi energiát biztosítani, aminek segítségével a Naprendszer bármely pontja könnyűszerrel elérhető (lsd. Stephanie D. Leifer írását).

A propulziós technológiával kapcsolatos egyéb elképzelések még ennél is messzebb mennek és azt tartják róluk, hogy ezek a csillagközi utazáshoz vezető lehetséges utak: kvantum teleport, szújáratok, és a nyomaték megszüntetése. Ezeknek az észbontó ötleteknek a megértéséhez a fizika teljesen új felfogására van szükség; olyan lépések, amelyek hasznosításukhoz szükségesek ma még elképzelhetetlenek. Ezzel együtt komoly tudósok keresik annak módjait, hogy ezek hogyan tehetők valóságossá. Ha valóban működnek, az radikálisan átformálja majd a világmindenségről alkotott képünket.

És ki állítja, hogy ezek bármelyike örökké lehetetlennek bizonyul majd?

Első magyar űrhajós, Farkas Bertalan a képen.

Kapirgálódomb: Online táp, Szemezgető: űrhajózás - űrrepülők - űrturizmus - űrutazás