A Nemzetközi Űrhajós Szövetség (Association of Space Explorers, ASE) által Budapesten megrendezett 33. Planetáris Kongresszuson a többek között a Holdra és Marsra tervezett vagy már éppen zajló missziókhoz eszközöket fejlesztő szakemberek osztottak meg részleteket a küldetések kihívásai és lehetőségei kapcsán az Alacsony Föld körüli pályán túl: Hold és felfedezések című előadás során, és betekintést nyerhettünk, hogy milyen fejlesztések zajlanak, amelyekkel a távoli égitesteken való emberi jelenlétet alapozzák meg az űrügynökségek és cégek. Felidézték John Young asztronauta szavait is, miszerint "az egy bolygót benépesítő fajok nem maradnak életben hosszú távon".

Elhagyva az alacsony Föld körüli pálya viszonylagos védettségét, újra a Holdra lépve és minden korábbinál távolabbra merészkedve a bolygónktól eddig nem tapasztalt nehézségekkel kell szembenézni az űrprogramok tervezése során, de a megoldásként fejlesztett eszközök nem csak az űrkutatásban és űrutazásban segíthetik az embereket, hanem akár itt a Földön is.

Űrbeli geomérnökség

Ennek egyik példája a napvitorla (solar sail), illetve a napárnyékolók (solar shade) technológiája, amelyet nem csak az űreszközök meghajtására vagy a műholdak és teleszkópok, mint például a James Webb űrtávcső megóvására lehet felhasználni, hanem egészen extrém megoldást is kínálhatnak a klímaváltozás miatti felmelegedés redukálására. Az ötletet Arne Christer Fuglesang, svéd fizikus, az Európai Űrügynökség asztronautája mutatta be részletesen, aki munkatársaival a Földtől 2,4 millió kilométerre lévő egyes számú Lagrange-pont halopályáján keringő napárnyékoló tervének megvalósításán dolgozik.

A Lagrange-pontok egyfajta parkolópályát jelentek az űrben, ahol a közelben lévő nagyobb égitesteknek az űreszközökre ható gravitációs ereje az objektumokat viszonylag kiegyensúlyozott keringési pályán tudja tartani. Halopályára, pontosabban közel egyenes vonalú halopályára tervezik állítani az emberiség jövőbeli holdi állomását, a Gatewayt is, amely így a Holdtól időnként 3000, máskor pedig 70 000 kilométeres távolságban kering majd. Az L1-nél eddig csak a SOHO (Solar and Heliospheric Observatory Satellite) napfigyelő műhold végzett méréseket, az itt elhelyezni kívánt árnyékoló azonban egy teljesen másfajta feladatot kapna:

a segítségével a napsugarak egy egészen kis százalékát eltérítenék, hogy ezzel csökkentsék a Föld felmelegedésének mértékét,

ha minden más megoldást csődöt mondana.

Fuglesang elmondása szerint ahhoz, hogy az eszköz kompenzálja az egy Celsius-fokos felmelegedést, a bolygót érő napfényt 0,5%-kal kellene redukálni, ezt egy hatalmas méretű, 1,85 millió négyzetkilométeres árnyékolóval lehetne megvalósítani. Az eszköz méretéből következik, hogy a legyártása és az indítása is jelentős összegeket és erőforrásokat igényelne, mivel, bár korábbi javaslatok, például James Early 1989-es elképzelése szerint a napárnyékolót az űrben vagy a Holdon is össze lehetne szerelni, de Fuglesang terve a Földön való megépítésre fókuszál. Az óriási ernyő természetesen nem egy darabban érkezne a rendeltetési helyére, hanem sok kisebb, körülbelül 2500 négyzetméteres egységben, amelyeket az alacsony Föld körüli pálya felső határára, 2000 kilométeres magasságba rakéta szállítana, majd onnan a napritorlás technológiával, tehát a Nap által kibocsátott részecskék meghajtó erejének segítségével haladnának tovább.

Ahhoz, hogy az egyes Lagrange-ponthoz eljussanak nagyjából 600 napra lenne szükség, de a vitorlázás hatékonyságát, amelyet a fizikus Q-val jelöl, nagyban növeli a membrán két oldalának különböző kialakítása: az egyik oldalon nagy Q értékű anyagból, a másikon alacsony Q értékűből állítanák elő az eszközt, ami azt jelenti, hogy az egyik oldal jobban tükrözné a napsugarakat, emiatt a hőkibocsátása is eltérne a másik anyagétól. Fuglesang a teljes projekt költségeit 5 billió dollárra becsüli, ami nem kis összeg, de ezeket a számokat szerinte nem a többi űrprogram kiadásaival kell összevetni (a holdraszállás annak idején nagyjából, mai árfolyam szerint, 300 milliárd dollárba került), hanem a klímaváltozás negatív következményeinek árával, ami jóval meghaladhatja a napárnyékoló értékét.

A költségek csökkentését és az egész projekt kivitelezését az űrprogramok más szereplőinek tevékenysége teszi megvalósíthatóvá, főként a magáncégek, például a Starshipet építő SpaceX nagy segítséget nyújthatnak a szállítmányok űrbe juttatásának megkönnyítésével. A teljes árnyékoló struktúra kiépítéséhez összesen 750 millió egység feljuttatására van szükség, ezt pedig 20 év leforgása alatt kellene kivitelezni, hogy az évszázad közepére már működésbe léphessen a rendszer. Ez természetesen nagy logisztikai kihívást jelentene, és körülbelül napi 56 rakéta indítását igényelné (ennek környezeti hatását Fuglesang legutóbbi tanulmányában részletezi, letölthető PDF verzió itt található ), de a fizikus szerint a jövőben az űreszközök, köztük a napárnyékolók és napvitorlák, akár olyan sorozatgyártásban is készülhetnek, mint manapság az autók, a rakétaindítások pedig a repülőterek rendszeresen egymást váltó járataihoz lesznek hasonlóak, így ezek a problémák nem jelentenek majd akadályt.

A minden szempontból radikális geomérnöki megoldást csak abban az esetben kellene bevetni, ha minden más, az üvegházhatású gázok kibocsátásának visszaszorítására tett szabályozás és erőfeszítés hatástalan marad, de a technológia feltérképezésébe fektetett pénzek akkor sem vesznek kárba, ha a pozitívabb klímaforgatókönyv valósul meg, mivel a napárnyékolók a műholdak védelmében is nagy szerepet játszanak.

Magyarok a dozimetria élvonalában

A Pille dózismérő az eddigi legsikeresebb magyar űreszköz, amelynek különböző verzióit már negyven éve használják az űrkutatásban. A Szabó Béla, Vágvölgyi Jenő, Szabó Péter Pál, Fehér István, Deme Sándor és Csőke Antal által kifejlesztett eszközt először Farkas Bertalan vitte fel magával a Szaljut-6 állomásra, ahol később a szovjet űrhajósok is végeztek vele méréseket, majd fejlettebb utódja megjelent a Szaljut-7-en, és ezt használták a MIR űrállomáson tett űrséták közbeni sugárterhelés ellenőrzésére is. A nagy sikerű eszközt az amerikaiak is átvették, Sally Ride a Challenger fedélzetén használta 1984-ben, majd 2001-ben a harmadik generációs Pillét a Nemzetközi Űrállomáson is szolgálatba helyezték, ahol azóta is alkalmazzák, jelenleg két verziója található az ISS-en.

Zábori Balázs űrkutatási rendszermérnök, az MTA EK Űrdozimetriai Kutatócsoportjának tagja elmondta, a Pille a leghosszabb ideig használt és legsikeresebb hardver ugyan az emberes űrutazás történetében, de szükséges a fejlesztése, ezért az Energiatudományi Kutatóközpont laboratóriumában megépítették az utódot, a TRITEL-t (triaxial telescope, háromtengelyű űrdozimetriai teleszkóp), amelynek további generációs verzióit jelenleg is fejlesztik. Míg a Pille passzív módon gyűjtötte az adatokat, amelyeket utólag kellett kiolvasni, addig a jövőben az információkat valós időben mutató eszközökre lesz szükség, ennek már csak azért is nagy lesz a jelentősége, mert az alacsony Föld körüli pályáról kilépve az űrhajósok szervezetére sokkal nagyobb sugárterhelés hat majd, ezt folyamatosan monitorozni az emberek egészségének megóvása érdekében kritikus pontja lehet a jövőbeli misszióknak.

Az EK által alapított REMRED cég feladata lesz, hogy a Gateway belső sugárzásmérő rendszerének, az IDA-nak (Internal Dosimeter Array) a központi egységét és a szintén a rendszer részeként alkalmazott TRITEL-t legyártsa, ezzel hozzájáruljon a holdi állomás legénységének és látogatóinak a védelméhez. Előtte azonban még a Földhöz közelebb is demonstrálják a technológia hatékonyságát a magyar kormány HUNOR programjának keretében, amely az újabb magyar űrhajós kiválasztását, kiképzését és űrbe juttatását is célul tűzte ki és emellett a technológiai fejlesztésekre is nagy hangsúlyt helyez. A 2024-re az ISS-en bemutatni kívánt újabb eszközök közé tartozik a TRIPIL és a PSDS (Personal Space Dosimetry System), majd következik az IDA próbája Hold körüli pályán, amely már a Hold missziók szolgálatára való egységek demonstrációjának részét képezi, és ezután jön a legizgalmasabb feladat, a marsi küldetések előkészítése.

Ennek során a 2026-ban indítandó, a Marsról való minták Földre való elszállítását végző Earth Return Orbiter fedélzetén helyet foglaló SDT (Space Dosimetry Telescope) tesztelése jelenti majd az első lépést. Az Arrow missziók az Európai Űrügynökség úgynevezett flagship, vagyis vezető űrprogramjainak a részét képezik, és a technológiai tesztelésre adnak alkalmat, Zábori Balázs szerint ez kiemelt fontosságú tudományos adatgyűjtés lehetőségét jelenti, amivel a későbbi, távolra indított emberes űrutazások során az űrhajósokra ható sugárzás mérését is megalapozzák majd.

2026-ra a TRITEL egyszerre több fronton is megjelenik majd és számos feladatra használják: az ISS-en, a Holdon és a Mars körüli pályán is szolgálatot teljesít majd.

MOXIE a Marson

Hogyan fognak levegőhöz jutni és a hazatéréshez szükséges üzemanyagot beszerezni az emberes marsi küldetések tagjai? Ezt a kérdést válaszolta meg Jeffrey Hoffman, a NASA volt asztronautája és a Perseverance marsjáró fedélzetén található MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) eszköz fejlesztésének helyettes kutatásvezetője. Elmondása szerint a Marsra való eljutás nehéz, ennél már csak az emberes missziók kivitelezése a nehezebb, ha pedig mégis sikerül az űrhajósoknak a vörös bolygón való landolás, akkor érkezik a következő kihívás:

oxigént kell előállítani a túléléshez és az űrhajók üzemanyagellátásához is.

Ezt a célt szolgálja a MOXIE, amelynek segítségével már sikeresen demonstrálták, hogy lehetséges a helyszínen található alapanyagokból oxigént gyártani, a későbbiekben pedig akár annyit is termelhetnek belőle, amennyi szükséges a missziók legénységének életben tartásához. A berendezés megépítésében a legnagyobb problémát a szűk hely jelentette, ahová a MOXIE-t be kellett szorítani, ez ugyanis nem a Perseverance külső felén, hanem a belső terében kapott helyet, de Hoffman elmondása szerint ez volt az egyetlen módja annak, hogy az eszközt a Marsra jutassák. A berendezés 23,9*23,9*30,9 centiméteres kis mérete miatt a segítségével előállított oxigén is kevés egyelőre, mindössze nagyjából nyolc gramm, ami "legfeljebb egy kiscica életben tartásához elegendő", de később ennél sokkal több, óránként két-három kilogramm oxigén termelését kell majd megoldani, ehhez egy legalább százszor ekkora berendezésre lesz majd szükség.

A helyben történő források felhasználása (In Situ Resource Utilization) lesz az alapja a Marsra indított programoknak, mivel ilyen távolságokba nagy mennyiségű alapanyagot szállítani lehetetlen feladat, és, tekintve, hogy egyébként is rengeteg felszerelést kell bepakolni, ezért hosszú távra elegendő oxigént vinni őrültség lenne Hoffman szerint. A MOXIE-t eddig hat alkalommal használták, ebből az első a tesztelésére szolgált, a második esetben már sikeresen megtermelték a több grammnyi oxigént a bolygó 96%-ban szén-dioxidot tartalmazó légköréből.

A beszívott marsi levegőből 800 Celsius fokon állítják elő az oxigént a CO2 bontásával, amihez szűrőket és a SOXE eszközt (Solid OXide Electrolyzer) használják.

Vigyázni kell azonban: ha túl sok oxigént próbálnak meg előállítani, a keletkező szén-monoxid tönkreteheti a berendezést.

Az eddigi legnagyobb mennyiségű O2-t július 27-én sikerült elkészíteni, ekkor 96 perc alatt 9 grammot produkált az eszköz. A jövőben az üzemanyag generálásához a rendszert jelentősen bővíteni kell, de mindenképpen pozitív és reményre okot adó előrelépés, hogy a technológia megbízhatóan működik, ahogy Hoffman is elmondta: bárki is lesz az első ember/emberek, akik a Marsra lépnek, mindenképpen szükségük lesz majd sok-sok MOXIE-ra.

Az első lépés a Mars felé: a Hold

Mielőtt azonban eljutna az emberiség egy másik bolygóra, előbb még megállóhelyet kell létesíteni a Holdon, hogy ott megtanulhassuk, milyen hosszabb távon egy távoli égitesten élni és boldogulni. Randolph Bresnik, amerikai űrhajós elmondása szerint a Holdra indított űrprogramok víziója szerint

a jövőben az űrben élni, dolgozni és felfedező utakat tenni olyan megszokott dolog lesz majd, mint a földi élet,

ehhez pedig az első lépést a Hold elérése jelenti.

Az ehhez szükséges programok már zajlanak:

• a Lunar Reconnaissance Orbiter folyamatosan gyűjti az adatokat az égitestről, ennek segítségével már olyan jó minőségű és teljes vizualizációt tudnak összerakni a szakemberek, ami lehetővé teszi a Holdon való navigálás megalapozását
• a CAPSTONE cubesat műhold a közel egyenes vonalú halopályára keringési stabilitását fogja tesztelni
• a CLPS (Commercial Lunar Payload Services) pedig évente két leszállóegységgel szállítja majd a holdjárókat az égitestre, hogy a helyben található források után kutassanak.

Az Artemis I. program már három hónap múlva, februárban elstartolhat, ekkor még legénység nélkül, automatizált üzemmódban repül majd az Orion, majd visszatér a Földre, legközelebb viszont, az Artemis II. során már legénységet is szállít, bár a Hold felszínére még ekkor sem száll le. Ez utóbbi jelenti majd azt a történelmi alkalmat, amikor olyan messzire jut majd ember a bolygónktól, amilyen messzire még soha: az Orion ekkor, az út egy pontján 8889 kilométerre távolodik el a Földtől. Ezután következik a Gateway első egységeinek az üzembe helyezése, majd az Artemis III. űrhajósai már végre újra a Holdra léphetnek, sok évtizeddel azután, hogy Neil Armstrong 1969 július 20-án megtette az első lépést az égitesten.

A legnagyobb kihívást lehet, hogy a technológia felkészültség megalapozása, az emberek sugárzás elleni védelme és a hosszú távú berendezkedés során fellépő akadályok legyőzése jelenti majd, de felmerül még egy kérdés, ami megválaszolásra vár:

hogyan fognak együttműködni a különböző nemzetek a Holdon és később a még távolabbra induló felfedezések során?

Bresnik elmondása szerint az Artemis Egyezmény (Artemis Accord) szabályai jelentik majd az alapját a jövőbeli békés együttélésnek, ami részben a korábbi Világűrszerződés (Outer Space Treaty) hagyományait viszi tovább és az átláthatóság megteremtése, az együttműködés megalapozása, az információk megosztása, valamint az űrszemét eltakarítása is jelentős szerephez jut benne. Az asztronauta John F. Kennedy mondását idézte, miszerint nem azért megyünk a Holdra mert könnyű, hanem mert nehéz, és emlékeztetett mindenkit, hogy a Hold után következő Mars expedíciók nem egy-egy ország érdekeit, hanem az egész emberiséget szolgálják majd.

(Fotó: NASA/JPL_Caltech/Paul DiMare, ESA, MTA Ek)

További cikkek a témában:

A NASA bemutatta a terveit a Hold meghódítására A most kiadott 13 oldalas dokumentumban szó van a Hold körül keringő űrállomásról és olyan járműről is, amiben az asztronauták heteket is eltölthetnek a Hold felszínén. Meg persze a holdbázisról is.
A NASA kutatói optimisták: az emberiségnek nem az a végzete, hogy a Földön pusztuljon ki Számításaik szerint van rá esélyünk, hogy elkerüljük a nagy szűrőt, és kolóniákat hozzunk létre a Galaxisban.
Elon Musk: Aki a Marsra megy, jó eséllyel meghal A SpaceX vezére a Humans to Mars online-konferencián beszélt arról, hogyan tervezi a Mars meghódítását, és hogy áll a SpaceX a felkészüléssel.