Rakéta nélkül az űrbe jutni - lehetséges?
2020 / 04 / 28 / Rácz Tamás
Rakéta nélkül az űrbe jutni - lehetséges?
Menjünk lifttel az űrbe? Használjunk egy nagy, fentről lelógó kampót? Építsünk kétezer kilométeres maglev-gyorsítópályát?

A rakéta (mármint nem ez a mi Rakétánk, hanem a lángot fúvós, háromdimenziós fajta) nem valami praktikus jószág. Drága, hangos, veszélyes, szennyezi a környezetet és nagyon hatékonytalan. Rengeteg sok energia és anyag pocsékolódik el egy csomó olyan teher kijuttatására a Föld vonzásából (üzemanyag, hordozórakéta), ami csak arra kell, hogy a lényeg, a pici kabin vagy műhold végre elhagyja a bolygót egy böhöm nagy test orrán. Tényleg nem lehetne ezt valahogy elegánsabban megoldani?

Elvben meg lehetne, többféleképpen is. És direkt nem az űrliftet mondjuk elsőnek, mert azt már úgyis mindenki ismeri.

Űrszökőkút

A Space-fountain egyik oldalán egy, a sűrűbb légrétekben a gyilkos közegellenállást csökkentő vákuumcsőből indítva elektromágneses gyorsítással kis fém söréteket lőnénk fel, ezek pedig felemelnék a "sugarukba" tett tárgyat, mint a szökőkút vízsugara a ráhelyezett labdát. Persze szükség van egy Föld körüli geoszinkron pályán keringő fogadóoldali elektromágneses berendezésre is, amely a részecskéket visszatéríteni a föld felé, ahol egy hasonló visszatérítő egység egy újabb vákuumcsőbe szippantaná őket, majd ismét csak kilövöldözné a szemcséket az űrbe.

Ezek a részecskék nem szó szerint, az űrkabin alján pattogva lövöldöznék fel azt az égbe, mint egy céllövő pisztolygolyói a feldobott kólásdobozt, hanem elektromágneses mezejüket kihasználva, arra "támaszkodva" egy gyűrűszerű tárgy emelkedne fel a felszínről. Ez érne végül olyan magasságba, ahol róla elrajtolva az űrkabin már saját hajtóművével indulhatna a végtelenbe és tovább.

Űrlift

Ez talán a legismertebb elvi módszer dolgok energiatakarékos űrbe juttatására. A dolog rém egyszerű, amíg csak beszélgetünk róla: kell egy madzag, aminek az egyik végét kikötjük egy fához, a másik végére pedig rákötünk egy nagy követ, ami kint kering a Föld körül az űrben, a geostacionárius pályán túl, az Egyenlítő felett. A centrifugális erő által feszesen tartott madzagba kapaszkodva aztán pedig fel-le mászkálhat a liftünk kabinja a Föld és az űrben lévő kavics között. A lift működhetne napelemekkel vagy kaphatna energiát a madzag mellett futó vezetéken, így nem kellene az üzemanyag tömegét is vele együtt mozgatni.


A terraformált Mars felszínéről emelkedő űrlift művészi interpretációja (kép: Flickr)

Ez így teljesen rendben is volna, ha lenne elég erős madzagunk. De sajnos egyelőre nincs olyan anyagunk, ami elég erős lenne ahhoz, hogy így kifeszítve elbírja azokat az erőket, amelyeket el kellene neki. A kutatók a grafénszálakban reménykednek (mely mellesleg elektromos vezető, tehát használatával az az extra is együtt járna, hogy rajta keresztül rögtön el is lehetne juttatni a liftkabinhoz  a mozgatásához szükséges energiát), de a megvalósítás mikéntje egyelőre még elvben sincs meg.

További probléma, hogy a kábelen lassan emelkedő liftkabin órákig, de inkább napokig tartó utazással érhetné el az indulási ponttól több tízezer kilométerre lévő űrállomást, ami részint unalmas, részint a Van Allen-öv tájékán elég veszélyes lenne az élő utasok és az érzékeny elektronikai eszközök számára. Szóval a pazarló, de gyors, a töltött részecskék zónáját gyorsan átvágó rakétának is vannak előnyei.

Égből lógó kampó

Egy amerikai kutatópáros készített egy olyan űrlift-koncepciót, amit elvileg már létező anyagokkal meg is tudnánk csinálni. Ők a Holdról húznának ki egy kábelt a Föld felé, ami ugyan nem érné el a földfelszínt (mert addigra széttépnék az erőhatások), de elérne a Holdtól egy, a Lagrange-pont környékén épített űrállomásig, illetve innen leérne egy másikig, ami a földi geoszinkron pályán keringene (kb. 36 ezer kilométer a földfelszín felett). Ezt a kábelt használva, a Földről csak az első űrállomásig felrakétázva a cuccokat máris sokkal kevesebb energiával, a kutatók számításai szerint  a jelenlegi költségek kábé harmadáért lehetne cuccokat eljuttatni a Holdra, mint most.


Pörgő égi horog: elég jól kell célozni a földről indított repülőgéppel, hogy az űrbe küldeni kívánt csomagot pont időben akaszthassuk a tömegközéppontja körül pörgő horogvégre

Ez a megoldás, a semmiből a Föld felé lógó, de azt el nem érő "kampó", amire csak egy kis földi ugrással már rá lehet akasztani valami hasznos terhet, Skyhook néven is ismert a témában. Egy változata, amikor az égi horog egy vicces szinuszos geoszinkron-pályán keringő műholdra erősítve pörög! (Lásd a fenti képet)

Űrparittya

Jól megpörgetjük, amit az űrbe akarunk juttatni, majd a megfelelő pillanatban elengedjük és sutty - már kint is van a cucc a csillagok között. Ugye, milyen egyszerű?

Annyira azért nem, de pillanatnyilag tudomásunk szerint ez az a megoldás, ami a legközelebb jár a megvalósuláshoz. Egy startup az idei évre tervezi az első kilövést, ami ugyan nem lesz teljesen rakéta-mentes, de a vákuumkamrában iszonyú sebességre felpörgetett kis eszköz a röppálya csúcsán indítva hajtóművét jóval kisebb energiával az űrbe juthat, mintha a földfelszínről kellene rajtolnia saját erejéből. (Az űrcentrifugáról itt írtunk bővebben.) Az iszonyú gyorsulások miatt ezzel a módszerrel embert nem lehet az űrbe küldeni, de egyebeket talán igen.

Mass driver ("tömeggyorsító")

Építünk egy hosszú kifutópályát, amin egy lineáris villanymotor felgyorsítja a dobozt, amit az űrbe akarunk lőni. A kifutópálya végére csinálunk egy kis rámpát és újra csak sutty - már repül is a küldemény kifelé. Olyan ez, mint a railgun, a fegyver, amelyben egy jól hangolt elektromágneses impulzus-sorozat gyorsítja fel a lövedéket.


A NASA művészi elképzelése egy majdani holdbázisról. A bázistól elvezető pálya a kisebb holdi gravitációban reálisabb méretekben megvalósítható lineáris gyorsító-kilövő berendezés indítópályája

Ez a megoldás itt-ott felbukkan a valóságban is, például a Continental iparvállalat 75 méteres hannoveri automatikus gumiteszt-pályáján is egy ilyen kiterített villanymotor gyorsítja fel 3,5 másodperc alatt 100 km/h-ra a vezető nélküli autót a fékezésig. Csak az a baj, hogy ha ezt az autót az űrbe szeretnénk kilőni, kicsit hosszabb kifutópálya kellene, mert tömegét jóval 7,9 km/s, az első kozmikus sebesség fölé kellene felgyorsítani, hogy a rámpáról elugratva kiérjen a Föld vonzásából, ha pedig a Holdig szeretnék eljuttatni, 11 km/s fölé kéne gyorsítani.

Az iszonyú sebesség persze azt is szükségessé teszi, hogy a gyorsítóberendezésben ne legyen fizikai súrlódás az űrbe küldendő dolog és a gyorsító között, de légellenállás se nagyon, szóval egy maglev-pálya kellene és egy vákuumcső, amiben gyorsulunk. És a "gyorsulunk" kifejezés csak ilyen antropomorfizáló hülyeség, mert ha nem extrém hosszú pályáról van szó, az emberi utasok ki se bírnának egy ilyen kilövést.

Launch loop

A "Launch loop" vagy "Lofstrom Loop" Keith Lofstrom, amerikai mérnök által csaknem negyven éve csiszolgatott, igen alaposan kidolgozott, ötletes elképzelés, mely pont a nagyon hosszú gyorsítási utat adja hozzá az előző ötlethez. Eszerint az Egyenlítőnél egy 2000 km hosszú (ennyi kell egy élő és a kilövés végén is élve maradó embert tartalmazó kapszula fájdalommentes felgyorsításához a 11 km/másodperces, a Hold elérését lehetővé tévő sebességre), 80 kilométeres magasságban, kelet-nyugat irányban kifeszülő, kettéhajtott és mindkét végén lerögzített kettős  kábelen kellene az előző megoldáshoz hasonlóan fizikai kontaktus nélkül felgyorsítani az embereket vagy az eszközöket, amelyeket el szeretnénk tüntetni a Föld színéről. De mi tartja ezt a kábelt a levegőben?


Keith Lofstrom szuggesztíven kidolgozott elképzelése, a Launch Loop, egy kétezer kilométer hosszú, 80 kilométer magasan húzódó indítószerkezet

Az, hogy ez a kábel igazából inkább egy bowden-huzalra hasonlít, melynek palástjában a tőle elektromágneses taszítással eltartott belső szál nagy sebességgel forog. Még küzdök a dolog fizikájának megértésével, de állítólag az így bepörgetett belső rotor szép lassan felemeli és kb. 14 kilométer per másodperces sebességgel forgatva fent is tartja a külső héjat - amihez viszont a gyorsító lineáris motor és az űrkabin súrlódásmentes mozgásához szükséges maglev-pálya rögzíthető.

A konstrukció apró hátránya, hogy a kilövőpálya fenntartása folyamatos energiabetáplálást igényel - a tervező egy gigawattos gázturbinát javasol hozzá energiaforrásnak. De az is igaz, hogy a feltaláló szerint ilyenkor szinte szünet nélkül követhetnék egymást az űrbe lődözött kabinok.

Bármilyen komplikált is, igazából ez az az eszköz még a reálisabb alternatívák közül való arra, hogy mi magunk személyesen hagyhassuk el rakéta nélkül a Földet. A Launch loop-pal nincs olyan extrém gyorsulás, amit már nem bír ki az ember, de egy ilyennel indulva elég gyorsan át lehet suhanni a Van Allen-övön ahhoz, hogy ne legyen túl nagy gond a sugárzással.


A kettős kábel egyik szálának keresztmetszete. A belső rotor átmérője mindössze öt centi lenne a terv szerint

A Launch loop-nak hihetetlenül kidolgozott irodalma van. Akit megfogott a téma és el szeretne mélyülni benne egy kicsit jobban (és tud angolul), annak ajánljuk nagy szeretettel ezt a 2009-es, 40 oldalas pdf-et, amely egy konferenciára készült és a szerkezet gyakorlati működését taglaló izgalmas, kifejezetten sci-fi-irodalmi igényességű bevezető után lenyűgöző részletességgel taglalja, hogy is működne az egész.

Még az is benne van (korabeli energiaárakon), hogy mennyibe kerülnének az indítások, illetve hogy az Egyenlítőnél pontosan hova is kellene telepíteni a szerkezetet, hogy ne tegyenek kárt benne a hurrikánok. Vagy hogy a feszítőrotor átmérőjének miért kell öt centiméternek lennie. Ahogy olvassa az ember, nem is az merül fel benne, hogy meg lehet-e ezt csinálni, hanem azon kezd értetlenkedni, hogyhogy nincs még készen 2020-ban!


Kövesd a Rakétát a Facebookon is!
Kövess, üzenj, kommentelj a Rakéta Facebook oldalán!
Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.