Milyen űrhajóval jutunk el a csillagokba?

2013.07.09. 08:43

Folyamatosan nő az ismert, Naprendszeren kívüli bolygók száma, ám számtalan akadályt kell legyőzni, ha el akarunk jutni a legközelebbi érdekes planétáig. Az űrhajósok számára komoly megterhelést jelentene az erős kozmikus sugárzás, az űrhajónak a kozmikus gázzal és porral való találkozást kell elviselnie. A legnagyobb akadály azonban a távolság.

Hiába találunk egy érdekes exobolygót akár már 12 fényév távolságban, mégsem egyszerű odajutni. A Tejútrendszeren belüli távolságokhoz képest is csak apró ugrás a 12 fényév, ám a Nap-Föld távolságnak 750 ezerszerese. A Smithsonian.com magazin összeállítása alapján áttekintjük, milyen lehetőségek állnak ma és várhatóan a közeljövőben a rendelkezésünkre, és melyek az erősségeik, illetve a gyenge pontjaik.

Az egyik legújabban felfedezett exobolygó (Gliese 667Cd) vonzó célpontnak tűnhet egy csillagközi űrutazáshoz. Eléréséhez gyökeresen újszerű rakétákra van szükségForrás: NASA

Hagyományos rakéták

A hagyományos, ma használt rakétáknál a tolóerőt a rakétában tárolt folyékony vagy szilárd üzemanyag elégetésekor felszabaduló kémiai energia hozza létre.

Előnyök: A rakétatechnika hosszú múltra tekinthet vissza, az űrkorszak kezdete óta ezt használják. A kémiai rakétával indított eszközök közül a Voyager-1 jutott a legmesszebbre, 30 milliárd kilométerre, tehát 200 csillagászati egységre (de ehhez is bő három évtizedre volt szüksége.)

Hátrányok: Ha egy emberöltő alatt el akarnánk érni valamelyik közeli csillagig, akkor a mostaninál néhány ezerszer nagyobb sebességre kell az űrhajót felgyorsítani. Ehhez az egész Föld kémiai üzemanyag-készlete sem lenne elegendő. Kémiai rakétákkal lehetetlen legyőzni a csillagközi távolságokat. A Voyager nukleáris (izotópos) energiaforrása 2040 körül kimerül, így a műszerek, fedélzeti rendszerek működtetésére nem lesz már energiája.

Ionhajtómű

A működés elve hasonló a kémiai rakétához, de nem a kiáramló égéstermékek, hanem elektronos töltésű részecskék (ionok) impulzusa hajtja előre a rakétát. A technológia működik, a NASA 1998-ban indított Deep Space-1 űrszondája sikeresen megközelített egy kisbolygót és egy üstököst. Azóta több más űreszközön is használtak ionhajtóművet.

Előnyök: Bár kis tolóerejük miatt a Föld elhagyására nem alkalmasak, ha más hajtóművel Föld körüli pályára állítják, akkor az ionhajtómű hosszú időn keresztül folyamatosan képes működni, és hatékonyabb energiafelhasználásának köszönhetően végeredményben nagyobb végsebességet is elérhet, mint a kémiai hajtómű.

Hátrányok: Hiába a valamivel nagyobb végsebesség, becslések szerint a legközelebbi csillagokig is legalább 19 ezer évig tartana az utazás, vagyis az útnak indulók 600 generáció utáni leszármazottai érnék el a célt. Ezért az ionhajtóművet legfeljebb a Mars eléréséhez tartják gazdaságos és reális megoldásnak.

Nukleáris rakéta

A rakéta deutérium vagy trícium üzemanyaggal működne, fúziós nukleáris robbantások (mint a hidrogénbombánál) sorozata szolgáltatná a gyorsításához szükséges energiát. Az 1970-es években komolyan foglalkoztak a Daedalus-terv keretében csillagközi űrhajó építésének lehetőségével, amelynek célpontja az 5,9 fényévre lévő Barnard-csillag lett volna.

A nukleáris rakéta elvét elvetették, mert a műszaki problémák mellett jogi és biztonsági aggályok is felmerültekForrás: Nick Stevens

Előnyök: Számítások szerint a rakéta 15 000 km/s sebességet érhetne el, így a legközelebbi csillagot 130 év alatt érhetné el. Igaz, nem egy emberöltő alatt, de legalább csak néhány generációra lenne szükség.

Hátrányok: Egyelőre csak az elképzelésekben létezik. Megvalósítása sértené az atomcsendegyezményt, amely tiltja nukleáris robbantások végrehajtását a világűrben. A sugárveszély a fúziós robbantásoknál sem elhanyagolható, ami biztonsági aggályokat vet fel.

Napvitorlás

Kis léptékben már ugyancsak kipróbált technológia. A kifeszített fémfóliát a Nap sugárzása (a sugárnyomás) hajtja. A napvitorlával hajtott japán IKAROS szonda úton van a Vénusz felé, a NASA 2014-re tervezi Sunjammer napvitorlásának startját.

A NASA jövőre tervezi elindítani a Sunjammer nevű napvitorlását. Az 1200 négyzetméteres vitorlával a módszer lehetőségeit akarják kipróbálniForrás: L'Garde/NASA

Előny: Nincs szüksége üzemanyagra, ezért működési ideje szinte korlátlan.

Hátrányok: A napvitorlások még a Nap közelében is lassúak. Csillagközi utazásra teljességgel alkalmatlanok, mert a Naptól távolodva a sugárzás erőssége a távolság négyzetével csökken, vagyis a napvitorlás hamarosan hajtás nélkül maradna. Esetleg más meghajtási móddal kombinálva lenne használható.

Antianyag-rakéta

Egyelőre csak ötletként létezik. Anyag és antianyag annihilációját (kölcsönös megsemmisülését és sugárzássá alakulását) használná a rakéta hajtására.

Az antianyag-rakéta még csak a tudósok és a művészek fantáziájában létezikForrás: NASA

Előnyök: Elméletileg a lehetséges leghatékonyabb hajtómű, mert az anyag és az antianyag teljes egészében (az einsteini E = mc2 összefüggés szerint) irdatlan mennyiségű energiává alakul. A rakéta akár a fénysebességet is megközelítheti.

Hátrányok: A Mars becslések szerint 10 gramm antianyag felhasználásával 1 hónap alatt elérhető. Eddig azonban csak néhány atomnyi antianyagot sikerült (részecskegyorsítókban) előállítani, azt is olyan költséggel, ami irreálissá teszi a technológia űrrepülésben történő felhasználását. Beláthatatlan nehézségeket okozna az antianyag tárolása is, mert a közönséges anyaggal érintkezve azonnal bekövetkezik az annihiláció.

Extrém ötletek

Tudományos körökben (vagy éppen a sci-fi irodalomban) felmerültek egyelőre elképesztőnek tartott ötletek is. Az egyik ilyen, hogy az űrhajó a csillagközi térben menet közben gyűjtené be az ott található hidrogént, és ezzel működtetné magfúziós hajtóművét. Egy másik ötlet szerint a napvitorlások hatékonysága fokozható lenne, ha a Naprendszerből nagy erejű fényforrásokkal világítanánk meg a vitorlákat, esetleg a Naprendszerben generált mágneses tér hajtaná a csillagközi űrhajót.

Végül fekete lyukakkal vagy más, óriási tömegek átrendezésével olyan féreglyukak hozhatók létre, amelyek összekötik a tér egymástól távoli tartományait, lerövidítve a csillagközi utazáshoz szükséges időt. Ezen ötletek megvalósíthatóságát valószínűleg csak néhány évtized múlva lehet komolyan mérlegelni.

A torlósugár-hajtómű óriási tölcsérrel gyűjti össze a csillagközi hidrogént, amelyet fúziós reaktorában héliummá alakít, így tesz szert energiáraForrás: NASA