Az űrkutatás jövője - álmok és lehetőségek
Immár 50 éve, az első szputnyik
felbocsátásával (1957. 10. 04.) elkezdődött az "igazi űrkorszak".
Az évforduló kapcsán már összeállítottam az időszak és az előzmények történeti
áttekintését Űrkutatástörténet
címen.
Most a közeli és távolabbi jövő lehetőségeit próbálom összefoglalni ebben
a részben.
Az űrkutatás fizikája és kémiája
Mielőtt a jövőt latolgatnánk, nézzük meg kicsit az "alapokat", vagyis "az űrkutatás fizikáját és kémiáját". Az elmúlt 50 év tapasztalatai alapján ezen elvileg már "túlvagyunk", de azért az "átlagember" számára nem árt egy kis ismétlés (ami a tudás anyukája).
Kezdjük talán a sebességekkel,
vagyis azzal a bizonyos "első,
második, illetve harmadik kozmikus sebességgel", amiket el kell
érnünk, ha el akarjuk hagyni a jó öreg Földünket.
Először mindenképpen Föld
körüli körpályára kell állni (első
kozmikus sebesség - a Föld
felszínén ez 7,91 km/s), sőt már a tervezett marsutazás űrhajóját is Föld
körüli pályán "raknák össze",
mert ekkora rakétát "egyben fellőni nem praktikus".
Persze nyilván el is akarjuk hagyni Földünket,
ehhez kell a második
kozmikus sebesség (a Föld
felszínére 11,19 km/s).
Mivel itt most a "távlatokról" beszélünk, a Naprendszert
is el akarjuk hagyni, ehhez a harmadik
kozmikus sebességet (a Föld
távolságában 42,3 km/s) is el kell érni.
Az animáció az egyes kozmikus sebességek "következményeit"
mutatja be. |
A harmadik kozmikus
sebességre már "közvetlenül" nem tudnánk felgyorsítani űreszközeinket
jelenlegi technikánkkal, de (szerencsére) Földünk
már eleve 30 km/s sebességgel
rója köreit a Nap körül,
ezért - ebben az irányban, már csak egy "kicsit" kell gyorsítani.
Ilyen sebességek
eléréséhez azért nem kis energia
szükséges. (Nem véletlenül olyan nagyok az űrrakéták.)
Öveges tanár úr szemléletesen mutatja be a szökési sebesség kiszámítását
a Fizika blokk a Kiszámítjuk,
hogy mekkora sebességet kell adni az űrrakétának, hogy örökre elhagyja a Földet
részében.
Egy kilogrammnyi tömeg szökési sebességre (második kozmikus sebesség) gyorsításához 6 millió méterkilogrammsúly (58,84 millió joule) energia szükséges.
Egy kilogrammnyi tömeg a fénysebesség századára gyorsításához 1,5x1014 J energia szükséges. (Ez több, mint az első ledobott atombomba energiája volt!)
Ha mondjuk 3 főnyi személyzetet akarunk csak a "szomszédba", a Marsra juttatni, ahhoz is jókora tömegű űrhajó szükséges. A tervezett expedíció 5 vagy 6 fővel indul majd.
A tervezett Mars expedíció Föld körüli pályáról induló egysége
Magával kell vinnie az összes felszerelést:
- Az élet biztosításához szükséges anyagokat, eszközöket (oxigént,
vizet, élelmet, stb.).
Több, mint két évre!
- Hajtóanyagot a fékezéshez, pályamódosításhoz és a visszatéréséhez!
Képzeljük el ugyanezt egy csillagközi utazás esetén.
Nem árt
elgondolkodni a légkörön
sem. Ez az, ami ápol 's eltakar, de az űrkutatást
kissé megnehezíti.
A rakétának kb. 100
kilométeres magasságig úgy kell eljutnia, hogy a sűrű légkörön
minél hamarabb átjusson, de azért ne túl gyorsan. Nagyobb sebességgel
ebben a légtérben nem tölthet hosszabb időt sem az oda, sem a vissza úton, különben
úgy jár, mint a Columbia (a képen).
Aztán itt van a gyorsulás kérdése. Az ember rövid ideig kibírja azt
a néhány g-t, hosszabb ideig azonban legfeljebb 1 g-t, mert ezt már "megszoktuk".
Vagyis a "relativisztikus sebességek" közelében történő utazás esetén
már a felgyorsításhoz is jó hosszú idő szükséges.
Ha "kíméletesen" akarjuk az űrhajót felgyorsítani, vagyis mondjuk
az említett 1 g-vel, akkor a fénysebesség 10%-ának eléréséhez több, mint egy
hónap szükséges. A lassításhoz persze ugyanennyi.
Úgy tűnik tehát, hogy vannak korlátok bőven.
Az egyik - jelenlegi ismereteink szerint áthághatatlan - korlát a fénysebesség, de a fentiekből úgy tűnik, hogy az energia - számunkra - legalább ekkora korlát.
Pillanatnyilag megoldhatatlannak tűnik az űrhajósok sugárzások elleni védelme
is.
Ha hosszabb ideig akarunk a földi légkörön, és mágneses téren kívül tartózkodni - márpedig pl. egy marsutazás esetén ez történne - akkor valamilyen hatékony védelmet kell kitalálni. Ráadásul olyat, ami lehetőleg nem nehéz, mert mondjuk ólomburok esetén elég nagy tömeget kellene gyorsítani (és lassítani).
Ezen kívül még rengeteg fizikai
törvényt kell figyelembe venni az űrkutatásban,
az űreszközök tervezése
és kialakítása során, pályáik
kiszámításakor, stb.
A kémiának is nagyon fontos szerepe van az űrkutatásban használt speciális
anyagok (szerkezeti anyagok, üzemanyagok, stb.) kifejlesztésekor. Nagyon sok
anyagot "köszönhetünk" az űrkutatásnak (pl. teflon, tépőzár, stb.).
Egy részükkel foglalkozom a Különleges
(tulajdonságú) anyagok című részben. Vannak köztük speciális fémötvözetek,
kerámiák, műanyagok, kompozitok, stb.
Jelenlegi
eszközeinkkel még itt a közelben, a Naprendszeren belül sem utazgathatunk úgy,
mint a filmekben.
Az anyagi forrásaink és kapacitásaink is végesek.
Ezért az elkövetkező néhány évtized űrkutatása, már elég jól körvonalazódott.
A filmekben könnyebben megy - hipertérugrás (Csillagok háborúja)
Néhány napja (2012. 09. 20.) olvastam, hogy a NASA foglalkozni akar a térugrás lehetőségeivel. Az persze még egyáltalán nem látszik, hogy mikor fogunk ilyen módon utazni.
A New Horizons űrszonda 2007. 01. 19-én indult el a Plútó felé és várhatóan 2015-ben ér oda. |
Kezdetét vette az újabb holdprogram is. Talán 2018-ban ismét emberek indulnak a Holdra. | |
A tervezett marsutazás jelentős vállalkozás.
Az út oda kb. 6 hónap, 18 hónapot ott kell tölteni, hogy ismét megfelelő (közeli)
helyzetbe kerüljön a Mars
és a Föld, és azután
6 hónap vissza.
Csak dehidratált élelmiszerből fejenként 500 kg-nyit kell vinni az útra, plusz
sok tonnányi vizet, üzemanyagot,
jelentős méretű leszálló egységet, életfenntartó rendszereket, orvosi eszközöket,
stb.
A visszaindulás sem olyan egyszerű, mint a Holdról,
hiszen a Mars közel
Föld méretű.
Számos problémára kell még megoldást találni az indulásig.
Szóba került még néhány kisbolygó és a Mars holdjainak "felkeresése" is az elkövetkező évtizedekben.
A következő néhány évtized űrkutatási
programja tehát már nagyvonalakban megtervezett. Ezek az expedíciók azonban
még a "hagyományos" kémiai
hajtóműveket alkalmazzák majd. Így is akad azonban bőven megoldandó probléma,
még egy ilyen "közeli kiruccanáshoz" is.
A közeljövőben nem várható még a jelenleginél lényegesen nagyobb sebességek
alkalmazása esetleg "térugrás". Ez még megmarad a sci-fi tárgykörében.
Távolabbi lehetőségek
(Daedalus terv, térhajtások)
A távolabbi lehetőségekhez már "sokkal komolyabb" hajtási módszereket (meg persze egyebeket) kell kidolgozni.
A "távolabbi" ezúttal térben és időben is értendő.
Jelenlegi technikánkkal gyakorlatilag esélytelen akár csak a legközelebbi csillagok
felkeresése is.
A Voyager űrszondák
mostanában hagyják el heliopauza határát. Emberi mértékkel hatalmas sebességük
bizony meglehetősen ványadt kozmikus léptékben. (A fénysebességnek
mindössze 0,0057%-ával haladnak). Ezzel a sebességgel
röpke 74.000 év alatt érhetnénk el a legközelebbi
csillagot.
Léteznek
azonban már tervek a csillagközi utazásra is.
A Brit Bolygóközi Társaság már 1973-78-ban kidolgozta a Daedalus tervet,
amely a csillagközi utazás realitását vizsgálta.
Az elképzelt Daedalus űrszonda
(Mérete akkora lenne, hogy az űrrepülőgép elférne a fúvókájában)
Az elképzelt, személyzet nélküli űreszközt deutérium-hélium-3 "mini fúziós robbanások" hajtanák a fénysebesség 12%-ával. Így a terv szerinti 6 fényévnyi távolságot (Barnard csillag) 50 év alatt tenné meg. (A "robbantgatás" megoldhatónak látszik, de a keletkező plazma "terelése" már nem olyan egyszerű. A jelenlegi fúziós kísérleteknél is az egyik fő gond a reaktor "bélés" elhasználódása.)
A további vizsgálatra alkalmasnak ítélt többi elképzelésnél még a megvalósíthatóság
sem igazán vizsgálható legfeljebb a hitelességet lehet eldönteni.
Ide tartoznak
- térhajtások (külső erőt használó lehetőségek).
Az elképzelések szerint a sebességnövelés
energiaigénye ezeknél
sokkal kisebb, mint a hagyományos hajtóművek esetén. A konkrét lehetőségek azonban
ismeretlenek.
- űrben létező háttéranyag (pl. napszél, kozmikus háttérsugárzás, sötét
anyag, sötét energia)
A megvalósíthatóság vizsgálata mellett azt is figyelembe kell venni, hogy -
űrhajósok esetén - vissza is kell jönni. (Napszéllel szemben nehéz vitorlázni!)
Egy elképzelt "fényvitorlás", amely a Nap sugárnyomását használja ki az űreszköz gyorsításához.
Álmok
(warp, féregjáratok, űrlift)
A fénysebességnél gyorsabb utazás talán már az álmok közé sorolható.
Sokan hisznek a warp (térgyűrés) lehetőségében illetve a gravitációsan
szinguláris pontok, az úgynevezett féregjáratok kihasználásán alapuló
utazásban.
Jelenlegi ismereteink szerint ehhez elképesztően nagy energia szükséges, de
az esetleges csillagászati előfordulások kutathatók.
Úgy tűnik
az űrlift is az álmok kategóriájába került, mert a legutóbbi, megvizsgálandó
lehetőségeket felsoroló, cikkben már nem is említették. Pedig nem régen, még
nagyon sokat foglalkoztak vele. Aztán egyre inkább kiderült, hogy az egyetlen
lehetséges "liftkötél" anyag a szén nanocső is csak elméletileg
ilyen szilárdságú és csak "tökéletes szerkezet esetén". A gyakorlatban
szinte biztosan tartalmazna hibákat, amelyek drasztikusan csökkentik szilárdságát.
További probléma, hogy előbb-utóbb eltalálja valamilyen kozmikus
sugárzás részecske és akkor már biztosan nem lesz "tökéletes szerkezete".
Ilyen magasságból pedig jó nagyot lehet esni, ha leszakad...
Az űrlift fantáziarajza
Úgy tűnik az én életemben már nem jutunk el még a szomszéd
csillagig sem.
Persze az sem lehetetlen, hogy egy két évtizeden belül találunk valami "forradalmian
új megoldást"...