XXI. századi űrverseny - II. rész

Cikksorozatunk most következő részében a NASA emberes űrutazással kapcsolatos rövid és középtávú terveit elemezzük.

- I. rész - | - II. rész -

Orion

Az Orion kiindulási alapja azonos az 1960-as években tervezett Apollo űrhajóval. Két fő modulból, a csonka kúp alakú parancsnoki modulból (CM, Command Module) és a hengeres műszaki modulból (SM, Service Module) áll. Teljes tömege várhatóan 20,5 tonna lesz.

A parancsnoki modul átmérője 5 méter, magassága 3,3 méter, a hasznos belső térfogata valamivel több, mint 10 köbméter. Eredetileg 6 űrhajós befogadását írták elő, de a jelenlegi tervek szerint a Holdhoz csak 4 főt visz, a nemzetközi űrállomáshoz pedig 3-at, tehát a szállítható személyek száma 4 főre csökkent. A személyzet létszámának kérdése egyébként azért érdekes, mert eredetileg ez alapján határozták meg a méreteket is, illetve azt, hogy a 6 fős személyzethez igazított 5,5 méteres átmérő miatt alkalmatlanok lennének a jelenlegi hordozórakéták.


Balra az Orion űrhajó legutóbbi tervének fantáziarajza, jobbra parancsnoki moduljának kitöréses ábrája - klikk a nagyobb változathoz
A személyzet fejlett számítógépes rendszereken keresztül irányíthatja az űrhajót, amely a legtöbb manővert teljesen automatikusan lesz képest végrehajtani, beleértve a dokkolást is. Érdekesség, hogy az összes eddigi amerikai űrhajó és űrrepülőgép kézi irányítással dokkolt, míg a szovjeteknél már 1971-ben, a Szaljut-1-en volt automatikus dokkoló rendszer. Az adatok és információk megjelenítésére színes kijelzők szolgálnak, amelyek a Boeing 787-es repülőgépen alkalmazott rendszer módosított változatai. A fedélzetén elhelyeznek egy WC-t is, ami egy ilyen kisméretű űrhajón némi kihívást jelentett.

A belső légkör hagyományos nitrogén-oxigén keverék, tengerszintnek megfelelő nyomáson. Az oxigén utánpótlása a műszaki modulból történik, de a visszatérés előtti szétválás után a parancsnoki modul belsejében még néhány órára elegendő tartalék van. Az oxigén, víz és szennyvíz a modul és a műszaki modul között egy külső csatlakozáson keresztül közlekedik, ezt a parancsnoki modul leválása előtt leoldják.


Visszatérés a Földre, légzsákokkal tompítva a becsapódást - az egyik lehetséges megoldás
Az Orion visszatérésekor a műszaki modulról leválik a parancsnoki modul, és a Szojuz, illetve Apollo űrhajókhoz hasonlóan ballisztikus pályán tér vissza. A modul alján lévő pajzson hővédő réteg található, amely a légkörbe való visszatéréskor elégve óvja meg az űrhajó alumíniumötvözetből készült szerkezetét a óriási hőterheléstől, majd a sűrűbb légkörbe érve három hatalmas ejtőernyő fékezi le. Az eredeti elképzelés szerint az Apollótól eltérően az Orion a szárazföldre tér vissza, nem pedig a tengerre, közvetlenül a föld felett pedig légzsákok nyílnak ki, amelyek tompítják a becsapódást. Utóbb azonban olyan lehetőségek is felmerültek, hogy súlytakarékosság miatt elhagyják a légzsákrendszert, és ugyanúgy vízre szállna le az űrhajó, mint őse a '60-as '70-es években. A parancsnoki modul újra felhasználható, a tervek szerint egy modul tíz alkalommal tehet utazást a világűrbe és vissza.

A műszaki modul nyújt otthont az elektromos rendszerek ellátásáért felelős napelemeknek, a pályamódosításokhoz szükséges hajtóműnek és üzemanyagnak, és a hosszú távú kommunikációnak. A személyzet által elhasznált levegőből is ebben a modulban vonják ki a szén-dioxidot, és az elhasznált oxigént pótolva innen juttatják vissza. A személyzet által termelt hulladékot és szennyvizet is itt tárolják zárt rendszerben. Mivel napelemeket használnak a korábban alkalmazott üzemanyagcellák helyett, ezért víztartályokra is szükség lett.


A műszaki modul kitöréses ábrája
Az űrsikló esetén az elektromos áramot egy hidrogén-oxigén üzemanyagcellákat használó rendszer termeli, és a mellékterméket, vagyis a tiszta vizet a személyzet felhasználhatja a dehidratált élelmiszerek elkészítéséhez, illetve közvetlen elfogyasztásra. Ebben a modulban helyezték el a hőháztartási rendszert, amely a parancsnoki modul belső hőmérsékletéért és a műszaki modul elektromos rendszereinek viszonylag stabil hőmérsékletéért felel. Ez egy folyadékhűtő/fűtő rendszer, amely víz-glikol keveréket használ, mint egy autó hűtőrendszere, és a felesleges hőt a műszaki modul külső részén elhelyezett radiátorok segítségével sugározza ki az űrbe.

Az Orion repülhet személyzet nélküli változatban is, ekkor a parancsnoki modult tehermodullal cserélik le, amely a személyzet, illetve a személyzet számára szükséges fedélzeti rendszerek, székek, kijelzők helyett az űrállomás működéséhez szükséges élelmiszert, vizet és tudományos eszközöket vihet.

Altair

A Constellation program holdkompja az Altair nevet kapta, és ahogy az egész program is, még erősen formálódó állapotban van. Az alapkoncepció maradt az Apollo program holdkompjánál alkalmazott két modulból álló rendszer. Érdekesség, hogy bár a Lockheed Martin és a Boeing is felvette a lehetőséget, hogy más megközelítést alkalmazzanak, mint az eredeti Apollo-programban, ezt a NASA mégis elvetette.


Balra az Altair és az Orion összekapcsolódva, a Hold közelében, jobbra pedig már a Holdon
A leszállófokozatban négy RL-10 típusú hajtómű van, és a hajtóműveken valamint az üzemanyagon kívül a Hold felszínére szánt hasznos terhet is benne helyezik el. A második modul a lakó-visszatérő modul, amelyen egyetlen RL-10-alapú rakétahajtómű található. Az új Hold-programban a régivel ellentétben a személyzet egésze leszáll a Hold felszínére, tehát mind a négy fő átszáll a holdkompba, az Orion pedig üresen kering a Hold körül, amíg vissza nem tér a személyzet. Az űrhajósok egyhetes, holdfelszínen történő tartózkodásra rendezkedhetnek be, de egy későbbi holdbázis építésekor a holdkomp több mint fél évig is működhet.


Egy alternatív, hasra szálló holdkomp elképzelés a Lockheed Martin műhelyéből
A lakómodulnak külön zsilipje van, így a Hold felszínén való munka után az űrhajósok nem hordják be a holdport a lakómodulba. Az Apollo program holdkompja esetében az egész modult használták zsilipként, tehát miután visszatértek és az ajtót bezárták, a holdkomp belsejét feltöltötték levegővel és kibújtak az űrruhájukból, de az így behordott por sok kellemetlenséget okozott. Az Altair fedélzeti irányítórendszere ugyanolyan, mint az Orioné, vagyis az irányítása is teljesen azonos alapképzést igényel.

EDS

Az EDS az Earth Departure Stage, vagyis a Föld vonzáskörzetét elhagyó fokozat, a Hold-utazásban ugyanazt a szerepet tölti be, mint a Saturn IV-B fokozata. Az EDS-t és az Altair holdkompot egy ARES V orrán elhelyezve lövik fel, majd a második fokozat leválása után saját J-2X hajtóművével Föld körüli pályára áll, és itt várja az ARES I-gyel indított Orion űrhajót. Az Orion hozzácsatlakozik az összekapcsolt EDS-Altair pároshoz, majd az EDS hajtóműveit újra begyújtva Hold körüli pályához elegendő sebességre gyorsítja a holdkompot és az űrhajót, majd leválik.


Az EDS, rajta az Altair és hozzácsatlakozva az Orion
A jelenlegi tervek szerint az EDS 55,9 tonna hasznos terhet juttathat közvetlenül Hold körüli pályára, illetve ha az Orion is csatlakozott, akkor összesen 63,9 tonnát. Az EDS fokozat használható más hasznos terhek, például bolygókutató űrszondák indítására is, mint például a nagyobb méretű Mars-szondákhoz.


Holdjáró

A NASA lehetőleg már az első visszatéréskor szeretné, ha az Apollo küldetésekhez képest sokkal komolyabb tudományos kutatást végeznének. Az egyik eszköz ehhez egy olyan jármű, amellyel az űrhajósok jelentősebb távolságot tehetnek meg leszállás után. A kisméretű, túlnyomásos kabinú terepjáró (Small Pressurized Rover - SPR) koncepciót jelenleg vizsgálják Arizona sivatagaiban. A hatkerekű jármű minden kereke hajtott, és egymástól függetlenül kormányozható. Belsejében két űrhajós fér el, akiknek két ágy, illetve azokat felhatva két munkaállomásuk van, továbbá egy kis WC a két ágy között.


A SPR holdjáró tesztverziója
Szellemes a holdsétához való ki- és beszállás megoldása. A két űrruha a jármű hátfalához van állítva, és hátulról lehet egy ajtón keresztül beléjük bújni. A kettős ajtót bezárva már indulhatnak is gyalogos felfedezőtúrájukra, visszatérve pedig zsilipelés nélkül, könnyedén visszatérhetnek a terepjáró túlnyomásos utasterébe anélkül, hogy a behordott por miatt kellene aggódniuk. A jármű egy feltöltéssel mintegy 1000 kilométert tehet meg, és legfeljebb két hétre távolodhat el a bázistól.


Az SPR és az új űrruha tesztverziója
Az Armstrong holdbázis

Jelenleg több elképzelés is van, hogyan lehetne a tartós emberi jelenlétet fenntartani a Holdon, ezek azonban még csak korai tervek és egyszerűbb tesztek szintjén mozognak. A holdbázisnak belélegezhető légkört, élelmet és vizet kell nyújtania a személyzetnek, de meg kell óvja őket a napkitörések hatásaitól is, és mindezek mellett még a lehetőségek szerint komfortosnak is kell lennie. Az egyik lehetőség egy felfújható épület.


Egy felfújható holdfelszíni lakómodul prototípusa
A felfújásnál ne feltétlenül levegőre gondoljunk, hanem inkább egy speciális, megkeményedő habra; melyet leengedni már nem lehet, ha egyszer felépítették. Ez a megoldás megkönnyíti a szállítást és a mozgatást, miközben a tömeget is alacsonyan tartja. A napkitörésekkor nyújtandó védelmet úgy biztosíthatják, ha a holdfelszín alá költözik a bázis, pontosabban beássák az épületeket. A mindennapi élethez szükséges energiát egy kisméretű, mintegy 40 kW elektromos teljesítményű nukleáris reaktor biztosíthatja.

Noha elsőre a nukleáris erőforrásnál a napelemek használata kézenfekvőbbnek tűnne, a Hold kis forgási sebessége miatt mintegy kéthetes éjszaka megkérdőjelezi e megoldás életképességét. A napelemek igazán csak a két sarkon lehetnének folyamatosan használhatóak, ott is csupán akkor, ha egy toronyra szerelve forognának mindig a Nap irányába. Ez ugyanakkor kétségkívül komoly opció, így egyes Holdbázis tervezeteken is napelemekre támaszkodnának az energiaellátás terén.


Egy lehetséges koncepció a Hold északi sarkára tervezett bázishoz, ahol az energiaellátást napelemek biztosítják
Érdekes megoldás lehet a mobil bázis, az ATHLETE nevezetű hatlábú járműalváz. A hat láb mindegyikén különálló meghajtással egy-egy kerék van, amelyeket különféle szerszámokkal lehet ellátni, ezáltal például manipulátorrá vagy talajfúróvá alakulnak. Az ATHLETE hátán elhelyezett lakómodullal hatalmas távolságokat lehet megtenni, tovább növelve a kutatási lehetőségeket.


Az ATHLETE demonstrációs bemutatója, a hátukon holdbázis elemek makettjével
A holdbázis célja egyfelől a tapasztalatszerzés egy távoli űrbázis létrehozásával kapcsolatban, a holdkutatás kibővítése, illetve esetlegesen egy későbbi embereket a Marsra eljuttató programban a Mars-űrhajó üzemanyagának előállítása. Utóbbi a Hold felszínén megtalálható vízjég bányászatával lenne megvalósítható, ott, ahol megfelelő mennyiségben hozzáférhető. A Holdon még egy érdeklődésre okot adó anyag található, ez pedig a hélium hármas izotópja, a He³, ami a várakozások szerint nagyon jó üzemanyag lehet egy fúziós reaktornak. Persze emiatt még nem kell egyből a Holdra rohanni, hiszen jelenleg az energiatermelésre képes fúziós reaktor is csak a jövő zenéje.