XXI. századi űrverseny - II. rész

Mars - a távlati cél

A konkrét Mars-utazásra vonatkozó tervek első példái Von Brauntól származnak 1947-ből, aki egy egész űrflottát indított volna a Mars felé. Von Braun többször is finomította (és karcsúsította) terveit, majd az 1950-es és '60-as években már a legtöbb komolyabb amerikai űripari cég előállt saját elképzelésével. A Szovjetunió sem akart lemaradni, ők is több elképzelést vizsgáltak meg. A tervek gyártása folyamatos volt, mindig volt valami új technológiai megoldás vagy ötlet, amit be lehetett építeni, vagy új tudományos felfedezés a Marssal kapcsolatban, amit figyelembe kellett venni. Ilyen tényezők voltak a nukleáris rakétahajtóművek, de például Von Braun első űrhajóinak még szárnyai voltak, mivel sokkal sűrűbbnek hitték a légkört.


A Von Braun féle Mars űrhajó fantáziarajza, az akkori tudás legjavát képviselte, de ma már tudjuk, hogy nem működött volna
Az elképzelésekben tehát nincs hiány, az viszont, hogy ember léphessen a Marsra, meglehetősen drága mulatság, és az egyéb prioritások miatt az 1970-es évek második felében háttérbe szorult. 1985-ben egy Sally Ride, az első amerikai űrhajósnő által vezetett csapat egy ambiciózus tervel állt elő, amely 2005-re embert juttatna a Marsra. A terv ugyan rövid ideig élvezett reflektorfényt, de továbbra sem lett elkülönítve pénz a gyakorlati megvalósításra.

A NASA-n kívül Robert Zubrin állt elő egy, a korábbiaknál jóval szerényebb összegből megvalósítható Mars-programmal, amely mellett a NASA néhány elképzelést összesítve referencia-küldetéseket állított fel, a különféle technológiák és megközelítések összehasonlítására. Zubrin aktívan lobbizott a saját Mars-terve mellett, de miután a kormányzat nem osztozott a lelkesedésében, úgy döntött, hogy létrehozza a Mars Society nevű civil kezdeményezést, amely az emberi Mars-misszió hátterével, a megvalósítás lehetőségeivel és ezek propagálásával próbálkozik.


A Mars Society fantáziarajza egy Mars-küldetésről
A Mars űrhajóval kapcsolatban több kérdés is megválaszolásra vár még. Az egyik legfontosabb, hogy hány fős személyzet indul majd. Ettől függ a lakómodul mérete, a szükséges ellátmány mennyisége, stb. Ki kell választani a meghajtás módját is: a hagyományos kémiai rakétahajtóműves meghajtás valószínűtlen, az egyik legnépszerűbb opció a nukleáris alapú meghajtás. Ezt rögtön két megoldás felé lehet bontani, az egyik egy nukleáris reaktor által táplált ion-hajtómű, ami ugyan kis tolóerőt nyújt csak, de cserébe hónapokig működhet.

Az ion-hajtómű már többször bizonyított kisebb űrszondáknál, a technológiában pedig sok kiaknázható potenciál van még, így igen jó esélyekkel indul. A másik lehetőség, hogy a reaktort magát használni hajtóműként, például úgy, hogy a hajtóanyagot átvezetik a forró reaktormagon, amely felhevülve és kitágulva nyújtana tolóerőt. Utóbbi nagyobb fajlagos tolóerőt nyújtana, tapasztalatok viszont csak az 1960-as években végzett kísérletekben szerzettek állnak rendelkezésre. A NASA mindkét módszer lehetőségeit aktívan kutatta a Prometheus program keretében, amely eredetileg egy nagyobb méretű Jupiter-szondához szántak, de ugyebár semmi sem akadályozza meg, hogy ezt később egy embereket szállító űrhajóban is felhasználják. Ám a Constellation program egyik hozománya volt, hogy egyes költséges kutatások, amelyek nem a személyzettel ellátott űrhajókhoz kapcsolódtak, várakozó pályára kerültek - így a Prometheus is.


A Jupiter Icy Moons Orbital nevű űrszonda lett volna a Prometheus egyik első működő űrhajója. Elől a nukleáris reaktor, majd a nagy méretű radiátor, ami fölösleges hőt szétsugározza, hátul pedig a tudományos modul és a hajtóművek
A George W. Bush által 2004-ben meghirdetett Constellation program szerint középtávon, 2030 körül embert küld Amerika a Marsra. A NASA leporolta a régi referencia-küldetésterveket, beleillesztette az ARES hordozórakétákat és az Orion űrhajtót, és jelenleg ezekre alapozza az egyelőre még távolba vesző Mars-utazást. A tervek közül most egy innovatívabb megoldást ragadunk ki bemutatás céljából, de mivel a program e része még erősen képlékeny állapotban leledzik, ezért lehet, hogy semmi köze nem lesz a később megvalósuló (már ha valaha is megvalósul ebben a formában) Constellation programhoz.

A Mars-űrhajó ezen változata az egyik legnagyobb problémára keres megoldást, ez pedig a mesterséges gravitáció hiánya. Kicsit mókásnak hat, de a súlytalanság, ami az űrutazás egyik fő velejárója, egyben a legnagyobb veszélye is. Az emberi szervezet a tartós súlytalanságra drasztikus válaszreakciókat ad, így jelentősen leépül a csontvelő és az izomállomány, amely igencsak megkeserítheti a hosszú utazásból Földre hazatérő űrhajósok életét. Ugyan a Föld körül keringő űrállomások, mint a MIR és az ISS fedélzetén végrehajtott küldetések egyik legfontosabb feladata e hatásokkal kapcsolatosan minél több tapasztalat szerzése, és a negatív hatások lehetőségek szerinti minimalizálása, még egyelőre úgy tűnik, hogy egyszerű testedzéssel és különféle tréningprogramokkal nem lehet megoldani a kérdést.


A cikkben tárgyalt Mars űrhajó, bal oldalon a lakómodul, középen a hajtóművek és az üzemanyagtartályok, jobb oldalon a reaktor és a kiszolgálórendszerei
A legésszerűbbnek az tűnik, hogy az űrhajó fedélzetén mesterséges gravitációt kell létrehozni. Ezt kétféleképpen lehet elérni. Az egyik módszer az, hogy az utazás ideje alatt mintegy 10m/s² gyorsítással halad (majd fékez) a hajó, ekkor a haladási iránnyal ellentétesen egy mesterséges nehézkedés jön létre a fedélzeten. Azonban ezen megoldáshoz a jelenleg szóba jöhető hajtóművek embertelen mennyiségű üzemanyagot igényelnének, ami nagy és nehéz űrhajót feltételez.

A másik lehetőség, hogy a lakómodult egy erőkar végén forgatni kell (vagy ha elég nagy méretű a lakómodul, akkor akár maga a lakómodul foroghat körbe), és ekkor a centripetális erőnek köszönhetően a körmozgás külső palástja felé mesterséges gravitáció jön létre. Ez megoldás lehet a problémára, de persze itt is van pár dolog, ami még tisztázásra vár, és már jó ideje keresik a lehetőségeket a NASA-n belül. Ahhoz, hogy a Földi gravitációhoz hasonló nagyságú erő hasson a fedélzeten, akkor 894 méteres rádiusznál (tehát 1788 méteres átmérőnél) percenként 1 fordulatra van szűkség, ez persze hatalmas űrhajót jelentene, vagyis kisebb átmérőt, de nagyobb fordulatszámot követel meg (itt található egy netes kalkulátor a számításhoz).


Egy ideális Mars közeli (2018-as) és egy kevésbé ideális (2026-os) Mars-utazás pályaszámításai
A fordulatszám növelése ugyanakkor bizonyos problémákat is von maga után, mégpedig az, hogy a lábunk és a fejünk forgási sebessége között lesz egy kis különbség. A földi tesztek szerint olyan percenkénti 3-as fordulatszámtól kezdhetnek a rosszullét jelei mutatkozni, ám ezekhez idővel hozzászokhat a szervezet, ám olyan 7,5-es fordulatszámtól kezdve már a szervezet egyre nehezebben birkózik meg a szokatlan körülményekkel, 10 feletti fordulatszámtól pedig mindenki rosszul lett. Az ezzel kapcsolatos kutatások ugyanakkor még viszonylag kezdeti stádiumban vannak - egyes kísérletek szerint például az emberi test ha adnak rá elég időt, akár percenként 25 fordulathoz is képes alkalmazkodni, ám az ezzel kapcsolatos kérdések megválaszolásához még sok munkájuk lesz a tudósoknak és a mérnököknek.

Az adott NASA tervben percenkénti négy fordulattal számolnak, ami egy jó köztes megoldás, ekkora fordulatszámhoz feltehetően a legtöbb ember gond nélkül alkalmazkodik, és a lakómodul sugarának "csak" 56 méteresnek kellene lennie. Ugyan ez még mindig azt jelenti, hogy teljes űrhajónak mintegy 120 méteresnek kell lennie, de ez is sokkal vonzóbb, mint a kilométer feletti méretek esete. De hogy lehetne ekkora hajót építeni? Egyben felküldeni nehézkes lenne, egy űrbéli összeszerelés pedig még egy viszonylag járatlan út, ezért ha csak lehet, el szeretnék kerülni. Megoldásként egy frappáns ötlettel álltak elő: az űrhajó kvázi három részegységre oszlik, ezeket pedig összecsukló keret tartja össze.

A három részegység közül az egyik végen a lakókabin, a másik végen a vele hozzávetőleg azonos tömegű nukleáris reaktoregység lesz, és a súlypontba kerülnek az üzemanyagtartályok és a hajtóművek. A fellövés után az összecsavarodott keret Föld körüli pályán kiegyenesedik, a reaktoregység hűtőradiátorai kinyílnak, a Transhab-féle lakómodult pedig felfújják. A legénység csak ez után veszi birtokba az űrhajót, amely függően a hajtómű üzemanyag igényétől, és az ebből jövő szükséges üzemanyag-mennyiségtől, illetve a tömegcsökkentési megoldásoktól 106-194 tonna lenne a feltöltve, indulásra készen.

A viszonylag kis tömeget azon az áron érik el, hogy az űrhajó egyetlen feladata csak a Föld körüli pályáról a Mars körüli pályára, majd onnan vissza elvinni a személyzetet. A dokumentáció nem számol azzal, hogy a személyzetet a Mars űrhajóhoz szállító űrhajó dokkolva marad az út folyamán, azzal csak felszállítják a személyzetet az út előtt, majd a Marsnál átszállnak egy már ott várakozó leszálló-űrhajóba. Az űrhajó szintén nem visz semmiféle felszerelést a Marsra, mindent előre odaküldenek, azokat már a személyzetnek csak birtokba kell vennie.


A lakómodul külső és belső váza, főbb részei
A felfújva 8,3 méter külső átmérőjű lakómodul három szintes. A felvázoltak szerint az alsó szinten az étkező és élelmiszertárolók, a középső szinten a pihenő és alvóhelységek, a felső szinten pedig az orvosi, tudományos és az űrhajót irányító munkaállomások vannak elhelyezve. A lakómodul mintegy 193 m³ lakható belteret nyújt a 6 űrhajósnak - viszonyításképpen az ISS a 2008-ban csatlakoztatott Columbus és Kibo modulokkal 358 ^m³, az űrsiklók pedig 71 ^m³ hasznosítható beltérrel rendelkeznek.

A mesterséges gravitáció miatt a személyzet a földi életvitelhez hasonló körülmények között élhet, tehát hagyományos ágyban aludhat, hagyományos székeken ülhet az asztalok mellett, a WC-k is hagyományos kiképzésűek, illetve hétköznapi mosdók és akár zuhanyfülke is a rendelkezésükre állhat a tisztálkodáshoz. A nukleáris reaktorok miatti energiabőségnek köszönhetően fagyasztókban lehet tárolni az élelmiszereket, a konyhában elektromos, illetve mikrohullámú sütő is elhelyezhető, ráadásul a személyzet szórakoztatásáért felelős elektromos eszközök terén (tv, hifi, videojáték) sem kell spórolni. A lakómodul alján csatlakozhat a személyzet átszállásához használt űrhajó, a tetején pedig egy zsilip található, ha esetleg valamilyen műszaki hiba miatt űrsétát kellene tenni.


A lakómodul három szintjének belső elrendezése
Az űrhajó másik végén található a két kálium hűtőközeget használó forraló típusú reaktor, amelyek egyenként 15 MW hőteljesítményűek, és összesen hat, egyenként 1,1 MW-os turbógenerátor segítségével állítják elő az elektromos energiát. A keletkező hőt két nagyméretű, összesen mintegy 700 m² felületű radiátor sugározza ki az űrbe. A folyékony fémes reaktortechnológia ugyan nem a legegyszerűbben kivitelezhető, de ugyanakkor nagyon jó a teljesítmény-tömeg aránya, ami ez esetben döntő indok mellette. A szekció alján egy wolfram / lítium-hidrid árnyékpajzs található, amely a lakómodul irányába elnyeli a káros sugárzások jelentős részét, és odáig már csak legfeljebb 1 rem (0,01 Gy) sugárzás juthat a reaktorból, ami már nem jelent komoly egészségügyi veszélyt.


A hajtóműszekciónak két MPD- (magneto-plazmadinamikus) vagy ionhajtóműve van, az előbbi üzemanyaga lítium, az utóbbié argon. A hajtómű folyamatos működés közben 15 newton tolóerőt ad le, ami ugyan elég szerény, de az utazás ideje alatt folyamatosan működhet. Az űrhajó a Föld-Hold L1 pontból (egyes Föld-Hold Lagrange-pont, ahol a Föld és a Hold gravitációs ereje a Holdhoz képest stabil pozícióban tarthat egy űrhajó vagy űrállomást) indulna, a Föld és a Mars pályájától függően 660-710 napos lenne a teljes küldetés, amiből 90 napot töltenének az űrhajósok a Mars felszínén.


NASA - egyedül vagy együttműködve?

A NASA egyik nagy jövőbeni kérdése az, hogy miként valósítja meg a közép- és hosszútávú terveit. Az ISS űrbázis kapcsán sok kritika érte a NASA-t, mivel a nemzetközi együttműködés nem volt éppen zökkenőmentes. Részben ezeket is teszik felelőssé az ISS-sel kapcsolatos helyzetért, mely szerint az eredeti tervekhez képest lassabban, drágábban épül, ráadásul az eredeti tervek, miszerint 6-7 fős állandó személyzet végezhet tudományos munkát rajta, mára szinte teljesen megfakultak. Csakhogy hozzá kell tenni, hogy a NASA, illetve a NASA költségvetését felügyelő szervek is tehetnek arról, hogy például a CRV vagy az amerikai lakómodul nem készült el, ezek nélkül pedig az eredeti terveknek megfelelő kihasználás nem lehetséges.

Az Európai Űrügynökség, az ESA megkereste az amerikai felet a Bush által felvázolt űrbéli jövőképpel kapcsolatban, még 2004-ben. A kérdés arra vonatkozott, hogy betársulnának-e a programba, a válasz viszont egy határozott nem volt. Az űrhajókat és a kiszolgáló rendszereket, beleértve a hordozórakétákat tisztán amerikainak akarják tudni. Tisztázásra került később, hogy továbbra is együttműködni szándékoznak a nagy partnereikkel, mint az európai ESA vagy a japán JAXA, ám azt, hogy ez az együttműködés miben és hogyan nyilvánulhat meg, még tisztázására vár. Sokan azt várják az új amerikai vezetéstől, hogy nyitottabbá teszi majd a NASA működését, ennek egy jelét abban látják, hogy a szakértői gárdája vizsgálja azt, hogy az Orion űrhajó az európai Ariane V, illetve a japán H-2A hordozórakétával is indítható lenne-e, ezzel pedig a Constellation program nemzetközivé bővülhetne.