Móric
14 °C
15 °C

Newton és a Föld körül keringő űrvárosok

2007.10.04. 11:30
Isaac Newton korszakalkotó Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (a természetfilozófia matematikai elvei) című művében már 1687-ben leírta az égi mechanika, a bolygómozgások összes fontosabb összefüggését. Azt is megmutatta, hogy – legalábbis elvileg – lehetséges akármilyen tárgyat a Holdéhoz hasonló Föld körüli röppályára juttatni.

Körülesni a Földet

Tapasztalati tény, hogy minél gyorsabban dobunk el vízszintesen egy labdát (malomkövet, zongorát, műholdat) annál messzebb esik le. Ám mivel Földünk gömbölyű, léteznie kell egy olyan kezdősebességnek, amelynél leesés helyett az elhajított tárgy körberepüli bolygónkat, s esetleg fejbe talál minket. Ez a sebesség azonban nem kisebb, mint 8 km másodpercenként, ráadásul tovább nehezíti a helyzetet, hogy minél gyorsabban repül az objektum, annál jobban fékezi a légellenállás. Ezért 100 km-nél alacsonyabban – ott gyakorlatilag már vákuum van – nem is érdemes próbálkoznunk. Nem csoda hát, hogy évszázadokat kellett várni, hogy az elméletben végtelenül egyszerű ötlet megvalósuljon.

A huszadik század elején a nagyszebeni születésű német fizikus, Hermann Oberth és tőle függetlenül az orosz Konsztantyin Ciolkovszkij arra a következtetésre jutott, hogy mesterséges holdak pályára állítása csakis rakéták alkalmazásával képzelhető el. Minden más meghajtási módnak ugyanis szüksége van a levegőre, mint közegre. Az űrutazás tehát ekkor már elvileg reális, ám mégis végtelenül távoli lehetőségnek tűnt.

Mint annyiszor a történelemben, ezúttal is a hadászati igények hozták végül elérhető közelségbe az álmot. A náci Németország vezetése fantáziát látott Wernher von Braun terveiben, aki azt ígérte, hogy képes lesz olyan nagy hatótávolságú rakétát építeni, mellyel háztömböket leromboló jókora robbanófejeket lehet kivédhetetlenül Európa tetszőleges pontjára juttatni. A fiatal mérnök munkája során elsősorban az amerikai Robert Goddard eredményeire támaszkodott, aki 1926-ban elsőként épített folyékony hajtóanyagú rakétákat, majd sikerrel ki is próbálta ezeket. Von Braun terve a háború során Londonra hulló V-2 rakétákban öltött testet, melyek 2754 civil életét oltották ki. Ez elég volt ahhoz, hogy a szövetségesek is elkezdjenek komolyabban érdeklődni a rakétatechnika és személy szerint a német szakemberek iránt. Von Braun és százötven vezető állású kollégája végül az amerikaiaknak adta meg magát, a peenemündei indítóhely viszont (rengeteg hátrahagyott alkatrésszel, de kevesebb tervrajzzal) a szovjet ellenőrzésű szektorba került a háború után. Nem véletlen tehát, hogy a legtöbb ma használatos békés célú űrkutatási hordozórakéta a náci "csodafegyver" egyenes ági leszármazottja.

A Szovjetunióban Szergej Koroljov repülőmérnököt bízták meg a rakétafejlesztések koordinálásával, illetve a németországi szerzemények vizsgálatával. Koroljov zseniális konstruktőrnek, szervezőnek és ipari kémnek bizonyult, különösen Sztálin halála után, hiszen csak a hruscsovi vezetés ismerte fel igazán a rakétaprogram rendkívüli fontosságát. Ez tűnt az egyetlen olyan csúcstechnológiát igénylő hadászati ágazatnak, melyben reális esély adódik az USA megelőzésére és komoly politikai tőke kovácsolására. Mindeközben a tengerentúlon inkább szétforgácsolódtak az ilyen irányú erőfeszítések: a légierő, a haditengerészet és a hadsereg külön rakétafejlesztő csoporttal rendelkezett. Az utóbbi magját von Braun és német kollégái alkották, akik immár amerikai állampolgárokká váltak, mégis joggal érezhették magukat mellőzöttnek. Úgy gondolták, az USA vezetése egyszerűen nem veszi komolyan a szovjet technikai kihívást, és ebben igazuk is volt.

Szputnyik-sokk

Az első műholdat, a Szputnyik-1-et pontosan ötven éve indították útjára Koroljovék az R-7 jelű hordozórakétával, mely olyan megbízható konstrukciónak bizonyult, hogy lényegében ugyanezt a típust használják még napjainkban is, például a Szojuz űrhajók pályára állításához. A kosárlabda nagyságú holdacska, és tartálykocsi méretű gyorsítófokozata váltak tehát az első mesterséges égitestekké 270 évvel a newtoni Principia megjelenése után. Megkezdődött az űrkorszak.

Mai ésszel nehéz fölfognunk azt a hatást, melyet az első Szputnyik az USA társadalmából kiváltott. Generációk nőttek föl abban a tudatban, hogy az élenjáró amerikai technika és az óceánok biztos védelmet nyújtanak számukra, most pedig akár minden éjszaka megnézhették saját szemükkel, amint átvonul az égen a mozgó, ember alkotta csillag, hirdetve a szovjet felsőbbrendűséget. Az üzenet számukra világos volt: ha Hruscsov úgy ébred, hogy atombombát akar dobni Manhattanre, új játékszerével könnyedén megteheti.

A gyermekcipőben járó űrkutatás első éveit szovjet sikerek fémjelzik. Az R-7 biztos alapot jelentett, hiszen bármelyik korabeli amerikai rakétánál nagyobb tömeget emelhetett fel, s ez akkor még könnyedén ellensúlyozta a nyilvánvaló szovjet lemaradást az elektrotechnika, a számítástechnika és a miniatürizálás terén. Az amerikaiak von Braunnal az élen rengeteg csúfos kudarc után 1958 elején éppen hogy pályára állították első, 14 kilogrammos műholdacskájukat, a szovjetek már jöttek is a következő, másfél tonnás szputnyikkal, ismét csak megdöbbentve a közvéleményt. A korszak kétségkívül leglátványosabb eredménye a Hold Földről sohasem látható túlsó oldalának lefényképezése, melyet Koroljovék Luna-3 szondája hajtott végre mindössze két évvel az első műhold indítása után.

Ekkor már a vasfüggöny mindkét oldalán élt a köztudatban az "űrverseny" kifejezés, s ebben a következő versenyszám az emberes űrrepülés megvalósítása lett. Ez szintén a Szovjetuniónak sikerült először, amikor Jurij Gagarin 1961-ben egy kört tett a Föld körül a Vosztok-1 fedélzetén. Az első űrhajósok útjainak propagandaértékét nem lehetett eléggé túlbecsülni, technikai-tudományos hasznuk viszont erősen megkérdőjelezhető. Mindkét országban olyan űreszközöket építettek, melyekben az űrhajós tulajdonképpen csak tehetetlen utas, kísérleti alany volt. A röppályán nem módosíthatott és a fékezőrakéták is automatikusan gyulladtak be, amikor elérkezett a visszatérés ideje. Azt viszont fényesen igazolták az első generációs űrhajók (a Vosztokok és az amerikai Mercuryk) útjai, hogy az emberi szervezet képes elviselni akár napokig tartó űrbéli tartózkodást maradandó károsodás nélkül.

50 év űrképei – kattintson!

Utazás a Holdba

A politikai űrverseny második fordulóját is elveszítették tehát az amerikaiak, nem csoda, hogy Kennedy elnök úgy döntött, ráncba szedi az űrprogramot, és kitűzi országa elé a legnagyobb szabású tudományos-technikai célt az atombomba kifejlesztése óta. Ez nem kevesebbet jelentett, mint embert juttatni a Holdra még 1970 előtt. Kennedy tragikus halála (1963) és gyors legendává válása szentesítette a kihívást, így követői meg sem próbálták leállítani a mai árfolyamon számolva több mint 100 milliárd dollárt kóstáló fejlesztési programot (az iraki háború eddigi költségéből egyébként ötször kijönne). Amerika igazán el akarta érni a Holdat. A szovjetek szintén magukévá tették a célt, ám világossá vált, hogy egy ilyen összetett vállalkozás olyan fejlettségi szintet igényel a számítókapacitás, a mikroelektronika és a távközléstechnika terén, amelyet a Szovjetunióban még nem értek el. Ráadásul Koroljov, aki az egész orosz űrágazatot kézben tartotta 1966-ban elhunyt, és követői között olyan személyi ellentétek feszültek, hogy a szovjet űrprogram gyakorlatilag darabokra szakadt. Az egyik fejlesztőcsoport katonai űrállomást akart építeni és egy ehhez való űrhajót, a másik a holdraszálláshoz szükséges rakétát fejlesztette, a harmadik pedig űrsikló-tervekkel foglalkozott. Nem véletlen, hogy sohasem jutott szovjet állampolgár a Holdra.

Szerencsére von Braun élt és virult, a NASA pedig zseniálisan megszervezte mintegy háromszázezer dolgozó hatékony munkáját, így 1969 és 1972 között tizenkét amerikai vethette meg a lábát a Holdon az Apollo-program keretében. Az expedíciók eredményei alapjaiban változtatták meg elképzeléseinket égi kísérőnkről és a Naprendszerről. Tudományos értékén túl, az Apollo felbecsülhetetlen kulturális hasznot is hozott. A holdutazások során az emberiségnek először nyílt alkalma kívülről szemlélni törékeny, kicsiny bolygónkat, és összevetni a sivár élettelen Holddal, akár egyetlen fényképen. Sokak szerint ez is közrejátszott abban, hogy ezekben az években bukkantak föl a természetvédelmi mozgalmak és a globális környezettudatos gondolkodás csírái. A klasszikus értelemben vett űrverseny pedig ezzel véget ért és csak napjainkban látszik valamelyest újraéledni, amint új versenyzők jelennek meg a küzdőtéren.

Az űrhajózás ötven éve

Űrállomások és űrrepülőgépek

A Hold után a Szovjetunió és Amerika figyelme is fokozatosan a Föld körül létesítendő, hosszú távon lakott űrállomások felé fordult. A szovjetek öt sikeres Szaljut űrlaboratóriumot indítottak a hetvenes-nyolcvanas években; többek között Farkas Bertalanunk is a Szaljut-6-on vendégeskedett 1980-ban. A Szaljutokat az űrállomások következő generációját képviselő Mir követte, melyet kilenc év alatt hat részegységből szereltek össze a szovjet (később orosz) űrhajósok Föld körüli pályán. Az orosz állomásprogram elvitathatatlan érdeme, hogy bebizonyította: féléves-egyéves folyamatos űrbéli tartózkodás is elviselhető az emberi szervezet számára. A hosszú küldetések során az egymást váltó legénységek gazdag földfényképezési, csillagászati és anyagtechnológiai programokat hajtottak végre. Az eredetileg a holdutazáshoz tervezett Szojuz és legénység nélküli változata, a Progressz teherűrhajó pedig rendkívül megbízható űrállomás-kiszolgálónak bizonyult, máig használják modernizált verzióit.

Az Apollo-program és az első amerikai űrállomás, a Skylab után von Braun nyugdíjba vonult az NASA-tól, az űrhivatal pedig többször felhasználható űrrepülőgépek fejlesztésébe fogott. Minden addigi űreszköznek csak egy nagyon kicsiny egysége tért vissza a Földe, s az is rögtön mehetett a múzeumba. Az űrrepülőgépektől ezzel szemben azt várták, hogy mivel nagyrészt újrahasznosíthatóak, olcsóbbá teszik majd az űrfuvarozást. A sokak által kritizált gondolat a Space Shuttle rendszerben öltött testet, amely 1981 óta dolgozik kisebb megszakításokkal (eddig két legénység veszett oda, az elöregedés miatt 2010-re kivonják az egész flottát a forgalomból). Ma már a tapasztalatok alapján azonban úgy tűnik, hogy a sorozatban gyártott "eldobható" hordozórakéták alkalmazása mégis jobban megtérül. Nem véletlenül tér vissza a NASA is ehhez a megoldáshoz új személyszállító űrhajója, az Orion tervezésénél.

A Szovjetunió felbomlása után minden korábbinál szorosabb államközi együttműködésre nyílt lehetőség az űrkutatás terén is. Ennek leglátványosabb eredménye az amerikai-orosz-európai-japán-kanadai koprodukcióban nyolc éve épülgető Nemzetközi Űrállomás, amely több éves késéssel fog elkészülni, ám érdekes módon mégis az eredetileg tervezett időpontban, 2015-ben kívánják elhagyni és az óceánba süllyeszteni. Úgy tűnik elfogyott a szükséges politikai akarat az állomás további működtetéséhez.

50 év űrképei – kattintson!

Távoli világok felderítői

Arthur C. Clarke, a sci-fi nagymestere már a negyvenes években Föld körül keringő űrvárosokról írt. Ezzel kapcsolatban egy 1992-es interjúban elmondta: "Nagyot tévedtem, amikor azt hittem, emberekre lesz szükség a távközlési műholdakon. A mikrocsipekről még senki sem álmodott akkor, és a személyzet nélküli működtetés ötlete sokkal fantasztikusabbnak tűnt, mint maguknak a műholdaknak a gondolata." Valóban, a fejlődés egészen más irányt vett az űrkutatásban, mint ahogy azt a hőskorban elképzelték. Ma már egyre nehezebb megindokolni, hogy miért is volna szükség emberekre a fedélzeten a Naprendszer felderítéséhez.

A bolygók űrszondás felderítése egyidős az emberes űrprogramokkal. A szondák első célpontjai (a Hold után) természetesen a legközelebbi, a Földre leginkább hasonlító bolygók, a Vénusz és a Mars lettek. Az űrkorszak előtti közvélekedés a Vénuszt egy igen kellemes, trópusi klímájú, esetleg lakható bolygónak tartotta, ezért általános döbbenetet keltett, amikor a hetvenes években a vénuszi leszállóegységeket forró kénes szén-dioxid légkör és 90 atmoszférás légnyomás fogadta. Ezzel együtt a Vénusz tanulmányozása rengeteget segített a földi üvegházhatás jobb megértésében. A Mars pedig egy másik, nem kevésbé félelmetes végállapotot tárt elénk: megtudtuk, hogy évmilliárdokkal ezelőtt víz folyt felszínén, mágneses tere és jóval sűrűbb légköre volt sőt, esetleg primitív életet is hordozott, ám mára mindez rejtélyes módon eltűnt. Ha Földünkre is ez vár, létfontosságú megértenünk az ide vezető folyamatokat. Paradox módon tehát leginkább azért kutatunk más bolygókat, hogy jobban megértsük saját Földünk fejlődését.

Az űrszondák mára elérhető közelségbe hozták Naprendszerünk összes nagyobb égitestét, és újabban egyre komolyabb figyelem irányul bolygórendszerünk törmelékanyagának, a kisbolygóknak és az üstökösöknek tanulmányozására is. A kutatók azt remélik, hogy ezeken a kicsiny égitesteken változatlan formában megtalálják Naprendszerünk ősi anyagát. Hasonlóan izgalmas témakör a külső gázbolygók kiterjedt holdrendszerének vizsgálata. A Jupiter Io nevű holdján például aktív vulkánok tombolnak, az Europa fagyott kérge alatt pedig folyékony víz és esetleg élet rejtőzik. A Szaturnusz legnagyobb kísérője, a Titán vastag légkörrel rendelkezik, mely a kutatókat a korai Föld feltételezett atmoszférájára emlékezteti. Rendkívül érdekes vidék Naprendszerünk bolygókon túli övezete is, a Kuiper-objektumok, avagy törpebolygók világa. E jószerivel teljesen ismeretlen égitestek felé is úton van már egy automata felfedező.

A szüntelen küzdelem az állami kutatási-fejlesztési pénzekért gyakran az emberes űrrepülések ellen fordít egyes tudósokat, hisz a szondák igénytelenségüknek köszönhetően sokkal gazdagabb és olcsóbb tudományos programokkal kecsegtetnek, mint az asztronauták. Az emberes Mars-utazás gondolatára sokakban fellángoló romantikus érzelmek ellenére ma inkább úgy tűnik, hogy a Holdon túli térség még jó ideig az automata felderítők kizárólagos birodalma lesz.

Magyar égre magyar műszert!

Az International Space Hall of Fame (Az űr nemzetközi dicsőségcsarnoka) az új-mexikói Alamagordóban kiemelt helyen őrzi Kármán Tódor emlékét, mint a sugárhajtás, a szélcsatornák és az áramvonalas repülőtestek szellemi atyjáét. Ő szervezte meg a pasadenai Jet Propulsion Laboratoryt (Sugárhajtás Laboratórium), amely napjainkban a NASA űrszondáinak első számú fejlesztőközpontja, és mintegy mellékesen ő alapította 1960-ban az IAA-t, a Nemzetközi Asztronautikai Akadémiát is. Nevét kráter őrzi a Holdon és a Marson.

Miközben Kármán a második világháború amerikai légifölényének megteremtésén fáradozott Kaliforniában, itthon Bay Zoltán és csoportja 1944-ben a világon először készített olyan radarberendezést, amely képes volt rádióvisszhangokat kapni a Holdról. A háború viszontagságai miatt azonban csak 1946-ban sikerült valóban megradarozniuk a Holdat. "Az ember most vált képessé arra, hogy a mikrohullámok segítségével kilépjen földi birodalmából, és égitesteket tegyen kísérletei tárgyává. A világegyetemről eddigi tudásunkat csak megfigyelésekre alapoztuk" – mondta erről Bay. Nem véletlen, hogy több nyugati forrás nem az ötven évvel ezelőtti Szputnyik-indítást, hanem 1946-ot tekinti az aktív űrkutatás kezdetének.

Az 1956-ban emigrált Izsák Imre alig négy évvel később már a NASA égi mechanikai osztályának igazgatójaként tervezte az amerikai műholdak és űrhajók pályáját. Róla is elneveztek egy holdkrátert. Ugyancsak a forradalom bukása után hagyta el az országot Pavlics Ferenc, aki később az Apollo-programban használt holdautó egyik főtervezője lett.

Nézze meg a Pillét kattintás után!

Az itthon maradt kutatók a hazai szerény lehetőségeket messzemenőkig kihasználták és világszínvonalú űrtechnikai berendezéseket fejlesztettek, többnyire a Szovjetunióval és a többi szocialista országgal közösen. Magyar műszer (egy egyszerű, műanyag fóliás mikrometeorit-csapda) először 1970-ben, a Vertyikál-1 szovjet geofizikai rakétán jutott a világűrbe, ám ez csupán a szerény kezdetet jelentette. A KFKI-ban és a Műegyetemen fejlesztett detektorok, tápegységek, elektronikák tucatjai kaptak helyet a különböző szovjet-nemzetközi műholdakon. A legszebb karriert minden bizonnyal a Pille személyi doziméter futotta be, melynek első változatát a KFKI mérnökei még Farkas Bertalan 1980-as űrutazására fejlesztették ki a kozmonauták űrbéli sugárterhelésének mérésére. Későbbi verziói feljutottak az amerikai űrrepülőgép, az orosz Mir és a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetére is, ahol máig rendszeresen használják. Szintén a magyar űrrepülés előkészítésekor kezdődtek azok a fejlesztések, melyek végül a Miskolci Egyetem sokzónás kristályosító kemencéjének megalkotásához vezettek, melyet a NASA kíván működtetni az ISS-en anyagtechnológiai kutatások céljából.

A Halley üstököshöz az 1986-os földközelség idején indított rendkívül sikeres szovjet VEGA szondákon is jó néhány magyar berendezés kapott helyet, például az űreszköz kameráját pozicionáló elektronika. Ezzel hazánk az első kelet-európai ország lett, amelynek műszerei kijutottak a bolygóközi térbe. A politikai átrendeződést követően a magyar űrkutatás fő együttműködő partnerévé az Európai Űrügynökség (ESA) vált. A közelmúlt legizgalmasabb magyar hozzájárulása az öreg kontinens űrkutatásához a Csurjumov-Geraszimenko üstökös felé tartó ambiciózus Rosetta szonda fejlesztésében való részvétel volt. A kicsiny leszállóegység 2014-ben elsőként fog leereszkedni egy üstökös magjára, fedélzeti számítógépén pedig ott díszeleg majd a felirat: Made in Hungary.

(A szerző a Cydonia bloggere.)