Üvegbe zárt égitestek

A Magyar Agrár-, és Élettudományi Egyetem Mérnök Informatikai épületének termeiben porral megtöltött üvegek sorakoznak az asztalokon, amelyek vöröses és szürkés árnyalatú tartalma veszélyes is lehet, ezért a kutatók csak védőfelszerelésben nyúlnak hozzájuk. A külsőleg ártalmatlannak tűnő, finom szemcséjű anyagok ugyanis a távoli égitestek tájait borító talaj mesterségesen előállított, földi "rokonai", amelyeket speciális célokra használnak: ezekkel kivitelezik azt a komplex vizsgálati folyamatot, amelynek eredményeképpen új típusú, ellenálló roverek és fúróeszközök születhetnek majd a jövő űrmisszióihoz.

Az Európai Űrügynökség támogatásával megvalósuló projektet Dr. Barkó György Csaba, a MATE Műszaki Intézetének tudományos főmunkatársa vezeti, aki körbevezetett minket a laboratóriumban, ahol a teszteket végzik január eleje óta. A vizsgálatok elvégzéséhez speciális berendezésekre van szükség, amelyeket a korábbi, más jellegű kísérletekhez használt gépek átalakításával készítettek el, hogy az űrbeli körülményeket tudják szimulálni a segítségükkel. A laborban egyelőre nem teljes méretű roverekkel hajtanak a térdig érő holdporban, a mérések ennél kevésbé látványosan, de annál komplikáltabban és precízebben zajlanak:

azokat a tömítés-, és tengelyanyagokat tanulmányozzák, amelyekből a Holdon és Marson használt járműveket építik,

hogy kiderüljön, milyen típusú anyagok reagálnak a legjobban vagy legrosszabbul a sokszor kíméletlen földönkívüli körülményekre.

A kísérletben kétféle berendezéssel dolgoznak a szakemberek: az úgynevezett sand pot készülékkel és a pin-on-disc (POD) géppel, amelyekben a holdi és marsi talajt utánzó simulantok és a tengelyminták, illetve a tömítések kombinálásával mérik fel az anyagokra gyakorolt hatásokat. A simulantok többféle helyszínt képviselnek az égitesteken: a világosabb és sötétebb szürke árnyalatú holdpor-imitációk az Apollo-missziók során meglátogatott régiók regolitjának általános jellegét reprezentálják, a vöröses marsi porok a Rocknest és a Jezero-kráter környékének talajösszetételét testesítik meg.

A Rocknest a bolygó Gale-kráterének homokfoltja, ami azért tett szert viszonylagos ismertségre, mert a NASA Curiosity marsjárója 2012 szeptemberében elhaladt a területén és nem csak felvételeket készített róla, hanem meg is vizsgálta a beszerzett mintákat. Ez volt az első eset, hogy röntgendiffrakciós analízist végeztek marsi mintákon: ennek során kiderült, hogy a talaj kevés kristályos elemet tartalmaz és a rover SAM (Sample Analysis at Mars) berendezésének sütőjében kivitelezett eljárás révén azt is megállapították, hogy a kőzetek felépítése rendkívül hasonló a korábban, a Spirit és Opportunity által vizsgált mintákhoz. Emiatt a Rocknest simulantot (MGS-1) általános jelleggel lehetséges használni a tesztek során. A másik, Jezero-kráter deltájának környékét reprezentáló JEZ 1 por az MGS-1-re épül, amelyhez magnézium-karbonátot, szmektit agyagásványokat és olivint vegyítettek.

A holdporok szintén általánosságban képviselik egy-egy geológiai régió regolitjának összetételét: az LHS-1 (Lunar Highland Soil) a Hold felföldjeinek, az LMS-1 (Lunar Mare Soil) a holdtengerek, azaz a Mare-vidékek egyenletesebb talaját szimulálják.

A simulantokat különböző földi ásványok társításával állítják elő, az adott területre jellemző szemcseméret kialakításával. A MATE kutatói az általuk használt anyagot nem közvetlenül az Európai Űrügynökségtől kapták, hanem a Floridai Egyetem spinoff cégétől szerezték be, mivel az egyetem kutatóival Barkó György már korábbi NASA-s projektek alatt is együttműködött. A Magyar Agrár-és Élettudományi Egyetemen több olyan program zajlik, amelyekhez regolitutánzatokat használnak, ilyenek például a hold-, és marstalajban termesztett növényekkel való kísérletek is, így a tesztelés után megmaradó anyagokat később ezek során használják fel.

Növények a Marson: fikció vagy valóság?

A távoli égitesteken való hosszú távú emberi jelenlét megteremtésének kulcsfontosságú részét jelentheti a helyben történő forrásokkal való gazdálkodás, de a növénytermesztés nem olyan egyszerű feladat, mint ahogy a sci-fik alapján gondolnánk: Barkó György elmondása szerint a marsi talajban például rendkívül nehéz bármilyen élettevékenységet beindítani vagy fenntartani a növények számára igen kedvezőtlen körülmények miatt. A marsi simulant, az eredeti regolithoz hasonlóan olyan oxidatív (a vörös színt adó vas-oxid tartalma miatt), hogy a laboratórium dolgozói csak kesztyűben és maszkban érnek hozzájuk, mivel a bőrre kerülve erősen maró hatást kelt.

A púderszerűen finom, bár kénes szagú, holdi talaj belélegzése szintén kellemetlen, de az ezzel való próbálkozások a növénytermesztés területén már jóval eredményesebbnek bizonyultak: az egyetemi laborokban készültek űrpaprikák és saláták is, sőt, ehető virágok is, de ezek íze és tápértéke sem a legideálisabb, így még az edzett és sokat látott űrhajósok számára sem nyújtanak igazán megfelelő alternatívát a Földről szállított élelmiszerek helyettesítésére.

A 3D nyomtatással készített élelmiszerek, például csokoládék, érdekes kísérletekre adhatnak lehetőséget, de az alkalmazásuk az űrutazók ellátásában ugyancsak problémás:

az alapanyagokat ugyanis a Földről kell szállítani és ez jelentős plusz terhet jelent, amit az ISRU (in situ resource utilization, vagyis helyben történő forrásfelhasználás) módszerekkel igyekeznek kiváltani az űrügynökségek. A vizsgálatok azonban a földi tevékenységek szempontjából nagy előnyökkel járhatnak, mivel a növények mostoha körülmények közötti termesztésének gyakorlatában szerzett tapasztalatok átültethetőek hétköznapi körülménynek közé is és elősegíthetik, többek között a sivatagosabb területeken zajló beültetési munkákat, ami visszafordíthatja a talajeróziót. A rovereket felépítő anyagok (tömítések és tengelyek) tanulmányozása szintén olyan információkat szolgáltathat, amelyek például a mezőgazdaságban használt, strapabíróbb gépek megtervezéséhez is kulcsfontosságúak.

Hogyan zajlanak a tesztek?

De térjünk vissza a laborba. A teszteket két teremben végzik, az egyikben található a sand pot berendezés, amelyben ottjártunkkor éppen a marsi körülményeket szimulálták. Ehhez a kamrába bizonyos gázkeveréket juttatnak a Mars légköréhez hasonló környezetet teremtve, valamint a termosztát segítségével le is hűtik a belső teret. A berendezésbe helyezik a tömített tengelyt és a simulantot, majd a készülék folyamatosan forgatja az anyagokat és a szenzorok, valamint kamerák rögzítik a történéseket. A vizsgálat 24 órán át folyik, több fázisban, és a mérések alapján határozzák meg a kopás mértékét és anyagok állapotát befolyásoló hatásokat.

A pin-on-disc berendezésben máshogy zajlik a teszt: itt a készülék szabadon áll, vagyis szobahőmérsékleten, különleges körülmények megteremtése nélkül végzik a kísérletet, de az eredmények pontosságára való tekintettel a hőmérsékletet, a páratartalmat és minden egyéb fontos tényezőt feljegyeznek. A pin-on-discben egy simulanttal borított forgó tárcsára adott erővel a tömítés anyagából készített mintát nyomnak és az előzőhöz hasonlóan, szintén több szakaszban, 24 órás teszten mérik a hatásokat. A mintákba ágyazódott szemcsék mennyisége és a felületek roncsolódása jelzi a roverek építése szempontjából lényeges aspektusokat, azt, hogy a melyik anyag mennyire ellenállóképes. A különböző tengely-, és tömítésminták és simulantok sokféle kombinációja olyan rálátást biztosít a használt matériák jellemzőire, ami alapvetően befolyásolja a később építendő hold-, és marsjárók tervezésének folyamatát:

korábban ilyen átfogó és részletekbe menő tesztelést még nem végeztek az Európai Űrügynökség projektjei során.

Mi jön a tesztek után?

A jelenlegi vizsgálatok ősszel zárulnak le, ekkorra állítják össze a MATE szakemberei a eredményekről szóló jelentést és októberben, Hollandiában mutatják be az ESA-nak. A méréseket és az elektronmikroszkóppal, valamint röntgen spektrométerrel elvégzett ellenőrzéseket egy adatelemzési folyamat követi, amelynek során matematikai multivariancia analízist alkalmazva az adott Hold vagy Mars régióra az optimális tengely-tömítés párokat tudják majd javasolni az űrügynökség számára a további, immár roverekkel végzett tesztekre. A sokféle kombináció feltérképezése lehetővé teszi, hogy egy nagyméretű mátrixot alakítsanak ki, amely megmutatja az egy-egy marsi és holdi területhez ideális anyagpárosításokat, így az ez alapján felépített járművek és eszközök nagyobb eséllyel lesznek valóban, hosszú távon is működőképesek, a holdjárók és marsjárók építésének költségei és a roverek tesztelési ideje is lerövidül.

Az őszi bemutató után pedig egy újabb lépés következhet: az eredményeket egy mesterséges neuronhálózatnak betanítva a rendszer megjósolhatja majd egy új tengelyanyag vagy tömítőanyag viselkedését az adott keretek között.

Az ESA jelenleg is tervezi a hold-, és marsprogramjait, amelyek kivitelezését nagyban segítheti egy ilyen, minden eddiginél átfogóbb jellegű vizsgálat, bár a régóta várt ExoMars missziót az orosz-ukrán háború miatt újfent elhalasztották néhány évvel. A Marsra tartó küldetés során egy marsjáró, a Rosalind Franklin rover és fúróeszközei központi szerepet kapnak majd: ezzekkel készítenek két méter mély furatokat, amelyekből talajmintákat gyűjtenek, hogy elemezzék az összetételüket. A cél a földönkívüli élet lehetséges jeleinek felfedezése lesz.

(Fotó: Bobák Zsófia/raketa.hu, MATE, NASA/JPL-Caltech, Getty Images/EvgeniyShkolenko)

Ötven éve, hogy autóztunk a Holdon A mai napon ötven éve, hogy az Apollo–15 visszatért a Holdról – miért volt jelentős ez a küldetés, és hol van benne a magyar szál?