Meddig tart még a rakéták kora?
(Rovat: Szárnyaló képzelet - 2018.10.02 07:15.)

Vajon az űrlift vagy a gyorsítócsőből „kilőtt” űrvillamos válthatja fel a kémiai hajtóanyagú rakétákat? Vagy talán egy ionhajtóműves repülő alkalmatosság átszállással kínált utazása lesz a nyerő?

Egyelőre a rakéták tartják pozícióikat.

Robert Goddard 1926. március 26-án indította első folyékony hajtóanyagú rakétáját. A repülés 2,5 másodpercig tartott, és ötven méterre az indítás helyétől egy hóborította káposztaföldön szomorú véget ért, mégis történelmi jelentőségűnek bizonyult. Most, 92 év elteltével az űrkutatásban még mindig folyékony hajtóanyagú rakétákat használunk. Igaz, a mai rakéták hatvanszor magasabbra tornyosulnak, mint annak idején Goddardé, az alapelv azonban nem változott. De vajon meddig marad ez a helyzet? Felváltja-e a hagyományos rakétatechnikát a világűrbe jutás valamilyen minőségileg új módja, eszköze? Ezt elemzi Ross Pomeroy a Real Clear Science blogon.

A rakéták távolról sem tökéletesek. Egyrészt veszélyesek, másrészt drágák. A rakéta induló tömegének 85%-a üzemanyag, ez a fő oka annak, hogy még mindig mintegy 10 000 dollárba kerül 1 kg hasznos tömeg alacsony Föld körüli pályára juttatása. A hordozórakéták darabjai visszazuhannak a Földre, elégnek a légkörben vagy az űrszemetet gyarapítják. Éppen ezért számos ötlet felmerült, milyen eszközökkel lehetne a hagyományos rakétákat kiváltani.

Egyelőre a csaknem százéves technológia, a kémiai hajtóanyagú rakéta jelenti a világűrbe jutás egyetlen eszközét. (Kép: NASA)

Az egyik futurisztikus ötlet az űrlift gondolata, amely azonban még hosszú ideig a sci-fi világában marad. Az ötlet papíron egyszerű: egy geostacionárius pályán, azaz 36 ezer km magasan keringő űrállomást megfelelő struktúrával össze kell kötni a Föld egyenlítőjének alatta fekvő pontjával. A kifeszített kábel mentén abba kapaszkodó kocsik közlekedhetnének. A nehézséget az jelenti, hogy a kábelnek olyan szilárdságú anyagból kellene készülnie, amilyen ma még nem létezik. A megoldást a szén nanocsövek jelenthetik, de ez még a jövő zenéje. Az űrlift előzetes számítások szerint hétszer olcsóbban tudna hasznos terhet a világűrbe juttatni, mint a jelenleg leggazdaságosabb rakéta, a SpaceX Falcon Heavy-je.

Az űrlift kábelének alsó végét az Egyenlítő egy pontjához kell rögzíteni, a kábelt egy a geoszinkron pályán túl elhelyezkedő ellensúly tartja feszesen. Ma még nem létezik olyan anyag, amiből kellő szilárdságú kábelt lehetne készíteni. (Kép: Wikimedia)

A rakétákat valamikor a jövőben az űrvillamossal (StarTram) lehetne helyettesíteni. Ez mágneses lebegtetésű (maglev) jármű, amelyet a már létező maglev vasutakhoz hasonlóan, mágneses térrel gyorsítanának. Azzal a különbséggel, hogy az űrvillamost olyan zárt csőben gyorsítanák, amelynek belsejéből kiszivattyúzzák a levegőt. A jármű a csőben éri el az első kozmikus sebességet, ezzel a sebességgel hagyja el a cső ég felé néző végét. Számítások szerint kb. 130 km hosszú csőre lenne szükség, célszerűen legalább részben egy hegyoldalra támaszkodva, a kilépő nyílás pedig 3,5–6 km magasan lenne. (Érdekes szóhasználati vitára adhat okot az eszköz. Kérdés, hogy az űrvillamos indítását lehet-e majd kilövésnek nevezni, hiszen itt egy csőben, külső erőhatással történne a gyorsítás, csak éppen a cső sokkal hosszabb a fegyverek csövénél. Ezt a vitát azonban nyugodtan elnapolhatjuk addig, amíg valóban realitássá válik az űrvillamos. – B.E.) Tény, hogy az űrvillamos megvalósításához szükséges technológia ma már rendelkezésre áll, csak persze sokkal kisebb méretben. Így csak idő és pénz kérdése, mikorra sikerül a jelenlegi eszközöket felnagyítva megépíteni. A szerző becslése szerint az űrvillamossal 20–50 dollár között lehetne 1 kg hasznos teher pályára állítás, tehát a 20–50 milliárd dollárra becsült fejlesztési költség „hamar” megtérülne. (A „hamar” relatív, ehhez az üzemeltetési költséget nem számítva egymillió tonna tömeget kellene pályára állítani az eszközzel, ami több százszorosa a jelenleg a Föld körül keringő űreszközök együttes tömegének. Az olcsó ár persze megélénkítené a keresletet. – B.E.) A csőben a vákuum létrehozása jelent technikai nehézséget, továbbá az a tény, hogy a gyorsításhoz 50–100 gigawatt elektromos teljesítményre lenne szükség.

A megfelelően kialakított csőben mágneses térrel felgyorsított űrvillamos első kozmikus sebességgel hagyhatja el a cső száját. A technológia már létezik, csak nem ekkora méretben. (Kép: StarTram)

A kezdetben a Légierő által finanszírozott JP Aerospace másképp képzeli el az alternatív űrbe jutást. A nagy felszállótömegű, V-alakú „Ascender” repülőgéppel teherárut és utasokat szállítanának a 42 km magasban lebegő „Dark Sky Station” állomásra. Onnan az ionhajtóművekkel működő „Orbital Ascender” folytatná a szállítást a világűr felé.

A JP Aerospace Orbital Ascender nevű, tervezett eszköze. (Kép: JP Aerospace)

A szerző meglátása szerint nem az a kérdés, hogy melyik lehet a felvázolt koncepciók közül a nyerő, hanem az, hogy szükség lesz-e egyáltalán bármelyikre. A jelenleg hordozórakéták gyártásával és indításokkal foglalkozó cégek egyre csökkentik áraikat, ami a korszerűbb üzemanyagok és szerkezeti anyagok alkalmazásának köszönhető. A SpaceX a közelmúltban az újra felhasználható rakétákkal teremtett új helyzetet a piacon. Másik rakétájuk, a Falcon Heavy viszont „képtelenül alacsony árajánlatával” döbbentette meg a piacot, ugyanis kilogrammonként 1411 dollárért kínálják a startlehetőséget, amivel több ezer dollárral „alávágnak” a versenytársaknak. A szerző véleménye szerint az elkövetkező évtizedekben az árak tovább csökkennek, vagyis a goddardi elveken alapuló, hagyományos, kémiai üzemanyagú rakéták nem egykönnyen engedik át a terepet az alternatív megoldásoknak.