NASA tervek a Holdra és azon túlra...

A tervezett Deep Space Gateway űrállomás a Hold körül keringve, bedokkolva egy Orion űrhajóval (Boeing)

Előre vetítem, hogy ez csak egy rövidebb írás, az is ronda és összecsapott, mert hát pörögnek az események, miközben (amikor ezt gépelem) még mindig nem tudni, hogy kit neveznek ki hivatalosan a NASA igazgatójának, illetve egyre bizonytalanabb, hogy mi a fészkes fene lesz pontosan a NASA elképzelése a 2020-as évekre.

Azt már átvettük, hogy a NASA-nak milyen eszközei vannak (lesznek) a mélyűri missziókra. Viszont eddig a NASA adós volt azzal, hogy felvázolja, mégis mire fogja majd ezt a méregdrága rendszert használni. Ha teljesen őszinték akarunk lenni, ez valahol érthető volt - a politikai vezetés ködös útmutatásokon túl (a 2030-as években embert kell juttatni a Marshoz) nem mutatott sokat, plusz pénzt pedig még kevésbé akar adni. Emiatt a NASA eddigi tervei (a Hold-megkerülés és az ARM küldetés) finoman szólva nem voltak túl ambiciózusak.

Miközben az új NASA igazgatóra és a Trump-elnökség hatásaira vártunk, hirtelenjében megjelent egy (viszonylag) kidolgozott terv arról, hogy mi is lenne a célja az SLS hordozórakétának és az Orion űrhajónak a 2020-as években, illetve hogy is fog a NASA eljutni a Marsig.

"Nulladik fázis"

Ez alapvetően az ISS tovább üzemeltetéséről szólna, egyfelől a később felhasználandó rendszerek (pl. az ECLSS létfenntartó rendszer) tesztelése, másodlagosan az alacsony Föld körüli pályán (LEO) a kereskedelmi partnereket bátorítása. Ez egyébként pálfordulás a NASA részéről, hiszen az első űrturistának, Dennis Titonak minden létező módon igyekeztek keresztbe tenni, nehogy megvalósuljon az útja, mára már oda jutottak, hogy a Nanorack cég az ISS-ről indít cubesatokat.

Az ISS, háttérben a régi-új 'cél', a Hold

A NASA viszont szeretne eltávolodni hosszú távon a LEO-tól, voltak olyan hírek, mely szerint 2024 után az űrállomást, pontosabban annak üzemeltetését átadnák kereskedelmi cégek kezébe. Persze ennek lehetősége eléggé ingoványos, lévén az ISS nem (csak) a NASA tulajdona, hanem még e mellett az Orosz, Európai, Japán, Kanadai űrügynökségeké is. Hogy az ISS-szel mi lesz 2024 után, az még mindig nyitott kérdés, és ebben a tervben sem próbáltak erre konkrét választ adni.

Első Fázis

2018: Az EM-1 misszió, vagyis az Orion űrhajó egy összetett manőverekkel tarkított Hold körüli útja, személyzet nélkül
2022?: Az Europa Clipper nevű Jupiter / Europa szonda indítása (ez a program még tervezés szakaszban van)
2023: SLS indítás Orion űrhajóval (4 űrhajós) és egy 8-9 tonnás űrállomás műszaki modullal
2024: SLS indítás Orion űrhajóval (4 űrhajós) és egy ~10 tonnás űrállomás lakó modullal
2025: SLS indítás Orion űrhajóval (4 űrhajós) és egy ~10 tonnás ellátó modullal
2026: SLS indítás Orion űrhajóval (4 űrhajós) és egy ~10 tonnás űrállomás zsilip / dokkoló modullal

Az első fázis alapvetően a DSG, vagyis a Deep Space Gateway (~ Mélyűri Átjáró vagy talán Mélyűri Kikötőhely a legfrappánsabb) űrállomás építéséről szól, 2023 és 2026 között minden évben lenne egy SLS indítás, amely egyben egy-egy Orion űrhajót is visz magával, illetve a DSG egy-egy elemét. Az így megépülő viszonylag kicsi (még így is nagyobb lenne, mint például a szovjet Szaljutok) űrállomás alapvetően kikötőként funkcionálhat.

Noha az Orion dokkolhat rá, a legénység Hold-megfigyeléseket, mélyűri kísérleteket hajthat végre, elsődlegesen itt inkább az lehet a hosszú távú cél, hogy később holdra szállások és Mars-missziók legénysége itt szállhat át az őket a Földről ide hozó Orion űrhajókból az újrafelhasználható holdkompokba és Mars-űrhajókba. Az ide dokkoló űrhajókat, holdkompokat üzemanyaggal fel is lehet tölteni - ehhez alapvetően olyan ellátó űrhajókat kell elképzelni, mint az ISS ellátását végrehajtó Cygnus (amely nem tér vissza a Földre, hanem elég a légkörben), amely egyirányú ellátó misszióban üzemanyagot és ellátmányt hozhat az űrállomásra, amit aztán a leszálló egységek / Mars-űrhajók felhasználhatnak. Az ellátáshoz mellesleg egy Falcon 9-es képét rakták...

A DSG állomáshoz dokkolni készülő Orion űrhajó... (NASA)

Fontos megemlíteni, hogy a DSG nem lenne folyamatosan lakott, mint az ISS, az első fázisban zajló évi egy-egy Orion-útnál a NASA is csak azzal számol, hogy az űrállomást építik, és helyben végeznek tudományos megfigyeléseket. Később viszont lehetséges, hogy 21-30 napos küldetések bázisa legyen, például az ARM missziót is meg lehet valósítani majd később, csak a DSG lenne az a helyszín, ahol a befogott aszteroidát az űrhajósok megvizsgálnák.

Második Fázis

2027: Egy dedikált SLS indítással elindítják a DSG-hez a 41 tonnás DST űrhajót.
Egy második indításnál egy Orion és ellátmány megy a már összecsatlakozott űrállomás / űrhajó pároshoz.
2028/2029: Egy dedikált SLS indítás üzemanyagot és ellátmányt visz a DST részére.
Egy második, immár SLS Block 2 indítással az Orion csatlakozik a DSG/DST-hez (és visz magával még 13 tonna ellátmányt), majd a DST-t egy 300-400 napos tesztútra viszik el, az űrhajó végig a Föld vonzáskörzetében marad, hogy vész esetén a személyzetet azonnal hazahozhassák.

A második fázis a DST (Deep Space Transport ~ Mélyűri Szállítójármű), egy bolygóközi űrhajó, amely az SLS (Block 1B) Hold környékére szóló teherbírásáig nyújtózkodhat. Ez a mostani számok szerint 41 tonna (de tegyük hozzá, hogy az SLS még egyszer sem repült...). Ez meglehetősen kevés, sőt, talán a legkisebb tömegű Mars-utazásra alkalmas űrhajóterv, amit a NASA nyilvánosságra hozott. Persze van egy-két csavar benne. Először is a 41 tonnában nincs benne az üzemanyag, másfelől pedig ebben nincs leszállóegység. Ez a jármű tisztán csak arra szolgál, hogy megtegye a Föld (pontosabban a Hold) és a Mars közötti utat. Mindezt pedig a DSG-ről indulva, ami alapvető előny, hiszen a Föld gravitációs hatása már sokkal kisebb, így kevesebb delta-V (vagyis üzemanyag) kell, hogy elinduljunk a Mars felé. Mennyivel? Emlékszünk Musk tavalyi előadására? Az ITS-nek cirka 6 km/s Delta-V kell, hogy a Marsot (viszonylag gyorsan) elérje:

Az ITS teherbírás/delta-V diagramja

A DSG pályájáról indulva cirka 3 km/s-el megspórolunk (kb. ennyi kell, hogy elérje egy űrhajó a LEO pályáról a DSG pályáját), tehát azonos pályáról már "csak" 3 km/s delta-V képességre lesz szükség. Az ITS viszont a Mars légkörében fékezne le, a DST viszont ezt aligha veheti igénybe (a sérülékeny hatalmas napelemtáblák nem barátai az ilyen durva dolgoknak), így le is kell fékeznie. Szumma szummarum, a DST-nek ahhoz, hogy a Marsot elérje "lassú" pályán mindössze hozzávetőleg 2 km/s, "gyors" pályán pedig 3 km/s delta-V-re lenne szüksége.

Itt jön képbe a DST egyik lényegi sajátossága: a NASA Solar-Electric Propulsion, vagyis Napenergia-Elektromos Meghajtás programjára támaszkodik. Ez gyakorlatilag egy fejlett ionhajtóművet jelent. Az ionhajtómű leegyszerűsítve töltött részecskéket indít meg hatalmas sebességgel, ez adja a tolóerőt. A működéshez kell hajtóanyag (amiből a töltött részecskék lesznek), általában xenon gáz és persze elektromos energia. Ez per pillanat az emberiség legjobb ismert hatásfokú meghajtása, egy kg üzemanyagot egy ionhajtómű 10-30-szor hatékonyabban alakít tolóerővé, mint egy kémiai hajtómű. Hátránya, hogy az elérhető tolóerő nagyon-nagyon pici, viszont hosszú ideig lehet működtetni (a SMART-1 műhold hajtóműve cirka 5000 órán keresztül működött).

A DSG-hez közelítő DST, háttérben a Hold... (NASA)

A DST egy cirka 40 kW-os ionhajtóművet (egész pontosan Hall-effectre épülő ionhajtóművet) kapna, az energiaellátásról két hatalmas napelem gondoskodna, amelyek 50 kW elektromos energiát képesek nyújtani.

A másik trükk a DST esetében, hogy itt csak a bolygóközi űrhajóról van szó. Nincs leszállómodul, nincsenek mesterséges gravitációt biztosító megoldások (például egy hosszú rácsvázként megépíteni a hajót, amelyet megpörgetve a végeken lévő modulokban nehézkedést lehetne létrehozni). Figyelemre méltó az is, hogy nincs szó atomreaktorról, amely népszerű a bolygóközi űrhajók energiaforrásaként (viszont több problémát is felvet, mindenek előtt a sugárvédelem kérdését).

Harmadik fázis

2030-tól kezdve két SLS indítás árán (egyik üzemanyagot vinne főleg, a másik egy Oriont, plusz ellátmányt) megkezdődhetnének a Marsra induló utak. Egy-egy utat 1000 napra terveznek, mivel az ionhajtómű miatt a DST-nek cirka 220-270 napra lenne szüksége elérni a Marsot.

A tervezett Deep Space Transit űrhajó a Marshoz közeledve... (Boeing)

Ha valakinek hiányzik itt valami, akkor nem érzi rosszul. A harmadik fázis alapvetően teljesítii a Szenátus azon utasítását / kérését, amely szerint a NASA-nak 2033-ig embert kell küldeni a Marshoz a 2030-as években. A leszállás majd utána jön, addig maximum a Phobosz és a Deimosz holdakat látogathatják meg az űrhajósok (ezeknek olyan kicsi a gravitációjuk, hogy gyakorlatilag egy hátirakéta-modullal lehetséges az oda-vissza út).

Ennyi az, ami a mostani tervben szerepel.

A későbbi eseményeket nem részletezik, de a DST képes teljesíteni ezt a feladatot, és majd a 2030-as években épülhet egy második DSG a Mars körül, ahol a DST kiköthet, és a személyzet átszállhat egy Mars-leszálló egységbe, amit korábban odaküldtek már.

A rendszer működése tehát így vázolható fel:

- Az Orion űrhajó viszi az űrhajósokat a Hold körül keringő DSG kikötőállomásra.
- A DSG felhasználható Hold-leszállóegységek, illetve a DST-k számára kikötőként.
- A DST-vel juthatnak el az űrhajósok a Marshoz.
- A Mars körül egy másik DSG űrállomást is ki lehet építeni, ahol a Mars-leszálló egységek várakozhatnak (illetve ha a személyzet azzal leszállt, akkor a DST-t ide dokkolva várják a visszatértünket).
- A DSG-k üzemanyag-feltöltésre is szolgálnak, ehhez ellátó űrhajók és modulok segítségét vennék igénybe.

A rendszer szépen van felépítve, egymásra épülnek az elemei, és abszolút minimalizmusra törekszik. Ez utóbbi érthető, figyelembe véve, hogy a NASA nem kapott ígéretet jelentősebb extra pénzekre. Mindemellett kihasználja a már csaknem kész SLS hordozórakétát és az Orion űrhajót, egyértelmű feladatokat adva nekik. Előnye továbbá, hogy rugalmasan bővíthető, ha esetleg egy holdbázis létrehozása nyerné el a döntéshozók kegyeit, az SLS / Orion és a DSG minden további nélkül használható ehhez is. Sőt, ki is emelik, hogy mások számára is hozzáférhetővé tehetik a DSG-t, tranzitpontként használva.

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!