Hová érdemes embert küldeni, a Holdra, a Marsra vagy a kisbolygókra?

„Kis lépés egy embernek, de hatalmas ugrás az emberiségnek."

Közel 50 évvel azután, hogy Neil Armstrong amerikai űrhajós szájából elhangzott a történelmi mondat a Hold felszínén, az Amerikai Egyesült Államok ismét azon dolgozik, hogy visszatérjen a Holdra. De melyek az emberes űrprogram és az űrkutatás következő évtizedeinek potenciális céljai, és milyen lehetőségekkel kecsegtet, hogy újra embert küldünk a távoli égitestekre? 

Az Artemis program és a Holdra való visszatérés

Az emberiség történelmében először a Hold felszínére lépő asztronauták, Armstrong és Buzz Aldrin bravúrját még öt sikeres holdraszállás követte, egészen 1972. december 14-éig, amikor az Apollo 17 legénysége elhagyta a Hold felszínét, a folytatáshoz szükséges politikai támogatás és költségvetési források hiányában lezárva a NASA 20. századi emberes holdprogramját.

Az Apollo 17 küldetés során készült képen Harrison H. Schmitt űrhajós látható egy két darabra tört óriási szikla mellett a Hold felszínén.Fotó: NASA

A 2000-es években George W. Bush amerikai elnök a Constellation program elindításával, az Ares rakétarendszerrel és Orion űrhajóval kívánta megvalósítani az emberi jelenlétet a Holdon, Barack Obama pedig a módosított Orion és SLS (Space Launch System) rendszerekkel juttatott volna űrhajósokat Hold körüli pályára, űrszondával odavontatott kisbolygók tanulmányozására. A kisbolygó-eltérítési küldetés (ARM, Asteroid Redirect Mission) azonban nem bizonyult megalapozottnak tudományos szempontból, és inkább egy kényszerűségből kitalált célpontnak tűnt a már létező Orion-SLS rendszer számára. Obama elnöki ciklusának vége felé a NASA meghirdette az “Út a Marsra” projektet, amely azonban sokkal inkább volt az űrhivatal robotszondás Mars-programja köré kreált szlogen, mint konkrét program. Az SLS-rakétarendszer közben óriási pénznyelőnek bizonyult, és szinte értelmetlenné vált az időközben elkészült, összehasonlíthatatlanul olcsóbb, cserébe valamennyivel kisebb kapacitású SpaceX-es Falcon Heavy rakéta mellett. Az Orion űrhajó és európai szervizmoduljának fejlesztése már valamennyivel jobban haladt, de korlátozott képességei alkalmatlanná teszik a Föld-Hold rendszeren kívüli repülésekre.

A 2017 elején hivatalba lépő amerikai elnök, Donald Trump adminisztrációja újabb erős irányváltást hozott a NASA életében. A kaotikus kezdés után Mike Pence alelnök vezetésével újra elindult a nemzeti űrtanács, és a Trump által kinevezett új vezető, Jim Bridenstine irányítása alatt a NASA célja ismét a Holdra való visszatérés lett. Pence 2019. március 26-án meghirdette, hogy a NASA 5 éven belül, vagyis 2024-ben visszatér a Holdra az SLS-rakétarendszer és az Orion űrhajó segítségével. A rendkívül ambiciózus bejelentést sok kétkedés, ugyanakkor bizakodás is kísérte, hiszen úgy tűnt: az ember nemsokára ismét elrugaszkodhat a Földről, elsőként a Hold, majd távolabbi célpontok felé.

Érvek a Hold mellett

Sok technikai érv szól a Hold közelébe való visszatérés mellett. A Hold a Földhöz legközelebbi égitest, elérhető a jelenleg építés alatt álló rakétákkal és űrhajókkal, sok technológiát ki lehet próbálni egy holdutazás során, és hosszútávú emberes jelenlétet lehet létrehozni egy Hold körül keringő űrállomáson vagy akár egy felszíni holdbázison. A Hold keletkezésének, formálódásának, belső szerkezetének jobb megértése fontos céljai a bolygótudománynak, a NASA LCROSS űrszondája által bizonyítottan vízjeget tartalmazó holdi pólusok pedig potenciálisan kiaknázható erőforrást jelentenek ahhoz, hogy üzemanyaggal töltsék fel a holdbázisokat és az űrhajókat. A holdi kőzetekből kinyerhető nyersanyagok az Európai Űrügynökség, az ESA érdeklődését is felkeltették; emellett nem elhanyagolható szempont, hogy a Hold túlsó oldala kiváló hely lehetne rádiócsillagászati megfigyelések számára.

Nagyjából így nézne ki a NASA "Lunar Gateway" Hold-körüli pályán keringő űrállomása. Az illusztráción éppen egy Orion-űrhajó csatlakozik az állomáshoz.Illusztráció: NASA

A Pence által meghirdetett 2024-es Holdra való visszatérés az Artemis program keretében valósulna meg. Ennek során a NASA az Orion űrhajóval és az SLS rakétával (esetleg a Space X Falcon Heavyjével) űrhajósokat juttatna Hold körüli pályára 2022-ben, valamint felépítené a  Hold körüli pályán keringő Lunar Orbital Platform vagy Lunar Gateway néven ismert űrállomást. Ehhez a kis űrállomáshoz csatlakoznának a különböző magáncégek által gyártott leszállóegységek, amelyekkel a tervek szerint négy űrhajós, köztük az első Holdra szálló női űrhajós 2024-ben érné el a Hold felszínét. Az Orion kulcsfontosságú szervizmodulját biztosító ESA számára az Artemis programban való részvétel minden bizonnyal lehetővé teszi majd, hogy európai űrhajósok is eljussanak a Holdra. Emellett az ESA szerepet vállalhat jövőbeli felszíni holdbázisok tervezésében, építésében és a Hold nyersanyagainak kihasználásában is.

Vannak arra utaló jelek, hogy az Artemis nem marad a tervezőasztalon. Májusban a NASA 11 szerződést írt alá leszállóegységek tervezésére és prototípusok létrehozására, valamint kiadta a Lunar Gateway űrállomás hajtómű- és létfenntartó moduljának létrehozását a Maxar vállalatnak. Az a tény azonban, hogy a 2020-as költségvetési évre csak további 1,6 milliárd dollár került az Artemis programhoz a becsült szükséges, éves 6-8 milliárd dollár helyett, azt jelzi, hogy egyelőre megalapozott a programot körülvevő szkepszis. Az Artemis megvalósulása azon áll vagy bukik, hogy képes-e a NASA és az amerikai kormányzat elegendő támogatást nyerni a kongresszustól, és kétpárti, a Trump-elnökségtől független, fontos, nemzeti céllá tenni a projektet.

Jönnek a magáncégek

Ma már nem lehet űrprogramokról beszélni a magáncégek, kifejezetten Jeff Bezos Blue Originjának, illetve Elon Musk SpaceX-ének említése nélkül. A Blue Origin az Artemis program keretében a Holdra szálló egység megépítésére pályázik a Blue Moon holdkomppal, a SpaceX pedig a Falcon Heavyvel a Lunar Gateway űrállomás megépítésében játszhat szerepet. Mindkét cég potenciálisan fontos partnere lehet a NASA-nak az Artemisben, de a SpaceX egy saját, bizonytalan kimenetelű programot is visz. Az újrahasználható rakétákkal kétségtelenül űrkutatási forradalmat kirobbantó Elon Musk 2016-ban jelentette be a példátlan méretű és ambíciójú BFR rakétarendszer és űrhajó létrehozását, amellyel a SpaceX vezetője a Mars kolonializálását szerette volna megoldani.

A Space X Starship űrhajója és az éppen leválló Super Heavy rakéta fokozat.Illusztráció: Space X

Az űrkutatási szakemberek által kritikusan fogadott koncepció annyira irreálisnak bizonyult, hogy három korrekción is átesett, mielőtt 2018-ra elnyerte a mai Starship űrhajónak és Super Heavy rakétának elnevezett, limitáltabb formáját. A SpaceX a Falcon 9 és Falcon Heavy sikerével bizonyította, hogy bár csúszásokkal, de képes komoly technikai akadályok leküzdésére, még ha Musk túlzott ígéreteinek betartása sokszor nem is bizonyult lehetségesnek. Ha megvalósul, a Starship az eddig épített legfejlettebb és legnagyobb űrhajó lesz, amely segíthet megnyitni a Föld és Hold környezetét az emberes űrutazás számára, és nagy mennyiségű rakományt is szállíthat majd. Musk ambíciói azonban a Holdnál távolabb mutatnak: a milliárdos vállalkozó a Starshipben továbbra is a Marsra való eljutás kulcsát látja.

A Hold, a presztízs, a politika és a nemzetbiztonság

A Holdra való visszatérés mögött vannak megalapozott tudományos, technikai és gazdasági szempontok is, azonban az Egyesült Államok és Kína közötti stratégiai versengés ismét presztízskérdéssé, emellett politikai és nemzetbiztonsági kérdéssé tette a holdutazást. A nyugattal stratégiai, gazdasági és katonai versenyben lévő Kína nem csillapodó érdeklődést mutat az űrkutatás iránt. Az ország holdprogramjával eddig olyan komoly sikereket ért el, mint a Hold túlsó oldalán való elsőkénti landolás, vagy legutóbb valószínűleg a hold magmájából származó kőzetek megtalálása a Hold túlsó oldalán. Az első holdi kőzetmintát visszahozó kínai küldetés már idén elindulhat, és azt továbbiak követhetik. Kína Hold körüli aktivitása és ambiciózus űrprogramja - amely néha talán túlzott félelmeket kelt - minden kétséget kizáróan ösztönzőleg hat az Egyesült Államok saját terveire. A Hold meghódításáért folytatott verseny tehát egyértelműen elkezdődött, ás nyilvánvaló, hogy a Nap közelébe, vagy a Naprendszer távoli pontjaihoz egyedüliként szondákat küldő és a marsi minták visszahozatalán dolgozó NASA ebben a versenyben egyáltalán nem hátrányból indul.

Közeli kisbolygók bányászata és a Föld–Hold-gazdaság

Több tízezer Föld-közeli objektum (NEO, Near-Earth Object) – többségükben kisbolygók és kisebb részben üstökösök – ismert, amelyek közül tízet már űrszondák is meglátogattak. A NEO-k felderítése és vizsgálata elsősorban tudományos érdekességük és a Földre általuk jelentett veszély miatt indult meg (a 19 ezer NEO közül nagyjából 2 ezer a Földre potenciálisan veszélyes objektum van), de mára világos, hogy a bennük rejlő nyersanyagok és erőforrások miatt óriási gazdasági jelentőségük lehet.

A 492 méter átmérőjű Bennu kisbolygó a NASA OSIRIS-REx űrszondájának 2018 végi felvételén.Fotó: NASA/Goddard/University of Arizona

Ilyen potenciálisan kisbolygókból bányászható anyag az antimon, a cink, az ón, az ólom, az indium, az ezüst, az arany, a réz, a platina, a kobalt, a vas, a mangán, a molibdén, a nikkel, az ozmium, a palládium, a volfrám, az irídium és mások, melyek többsége a ritkaföldfémek csoportjába tartozik. Mivel ezek az anyagok mind ércek formájában vannak jelen, az ércek minősége, bányászhatósága és feldolgozhatósága nyitott kérdés, amire csak az első tesztek után érkeznek majd kielégítő válaszok. Az ércek bányászata mellett a kisbolygókból kinyert vízből hajtóanyagot lehetne  előállítani, amely űrbeli töltőállomásokat ellátva lehetővé tenné távolabbi célpontok könnyebb elérését a Naprendszerben, vagy csak az egyszerűbb mozgást a Föld-Hold rendszerben. A bányászat természetesen erre a célra készült, speciális robotszondákkal és az ércek világűrbeli feldolgozásával történne – mondani se kell, hogy mindkettő komoly technikai kihívást jelent, nem beszélve arról, hogy az ember kisbolygóbányászatban betöltött szerepe a fejlett robotok és a mesterséges intelligencia korában valószínűleg limitált lesz.

A NASA OSIRIS-REx űrszondája az első, amely, ha minden jól megy, több mint egy kilogrammnyi anyagot hozhat vissza egy ilyen Föld-közeli kisbolygóról, a Bennuról. A kisbolygóbányászat iránt az elmúlt években olyan magáncégek is elkezdtek érdeklődni, mint a direkt erre 2009-ben alapított, majd 2012-ben átnevezett amerikai Planetary Resources. A vállalat célja, hogy Föld körüli pályán lévő műholdakkal felderítse a közeli kisbolygókat, meghatározza a kiaknázható nyersanyagokat és kisbolygóbányászatra, illetve a kitermelt anyagok feldolgozására alkalmas űrszondákat tervezzen. A Földhöz közeli kisbolygók és üstökösök kutatása azonban nemcsak bolygóvédelmi vagy gazdasági szempontból érdekes: tudományos jelentősége is óriási. A kisbolygók vizsgálata segíthet megérteni a Naprendszer keletkezését, a víz Földre kerülését és komplex szerves molekulák létrejöttét, így még a földi élet keletkezése szempontjából is fontos válaszokkal szolgálhatnak.

A Föld-Hold, vagy cis-lunar gazdaság, amelyben az emberiség aktívan kiaknázná a Hold és a közeli kisbolygók, üstökösök erőforrásait, elsőre nem hangzik izgalmasnak az emberi űrhajózás szempontjából, pedig kulcsfontosságú lehet abból a szempontból, hogy az űrbeli hajtóanyag-utántöltő állomások és  az újrahasználható rendszerek rutinszerű alkalmazásán révén nagyban csökkentheti az űrutazás költségeit.

Mars: életet keresni és kolóniákat alapítani

Hogy miért lenne érdemes embert küldeni a Marsra? A bolygóra eljutó űrhajósok többek között kereshetnék az egykori vagy talán még létező marsi élet nyomait; megtalálhatnák a válaszokat arra a kérdésre, hogy pontosan miért alakult ennyire máshogy a Mars sorsa a Földéhez képest, és számtalan tudományos felfedezést tehetnének azáltal, hogy az ember a mai marsjárókhoz képest sokkal gyorsabban képes dolgozni és haladni, és képes a roverek által elérhetetlen helyekre is eljutni. 

A fő kihívást a Mars-utazás előtt – mármint az anyagi források szűkösségén és a hiányzó politikai akaraton túl – ma az jelenti, hogy nem létezik olyan űrhajó, amivel emberek eljuthatnának külső bolygószomszédunkhoz. A legegyszerűbb egy nagyjából másfél évig tartó, Mars melletti elrepülés lenne, amikor az űrhajósok nem állnának pályára a bolygó körül – erre az Orion és az SLS-rendszer kisebb módosításokkal talán alkalmas lenne. Komplexebb megoldást igényelne a Mars körüli pályára állás és onnan felszíni robotok irányítása, vagy a Mars holdjainak, a Phobos és a Deimos vizsgálata. A NASA jelenlegi koncepciói a Lunar Gatewayből, modulokból, leszállóegységekből és Orion kapszulából álló űrhajót vázolnak fel, de a legegyszerűbb Marsra szállási terveknek is több tízmilliárd dolláros költségvetéssel kell számolniuk.

Azt, hogy milyen bonyolult ügy nemhogy embert, de akár robotszondát juttatni a Marsa, jól érzékelteti, hogy a sikeres landolás és a hosszabb távú felszíni működés eddig csak a NASA űrszondáinak sikerült, és még nekik sem mindig. A legjobb rendelkezésre álló, sky-crane leszállási rendszer a közel 1 tonnás Curiosity sikeres Marsra helyezésére elegendő volt ugyan, csakhogy az űrhajósokat szállító leszállóegységek 20-100 tonnát is nyomhatnak. További komoly problémát jelent a leszállási pontosság kérdése, vagyis hogy az űrhajósok az előre odaküldött modulokhoz közel érkezzenek meg. Nagyon fontos továbbá a bolygóvédelmi szempontok figyelembevétele, azaz hogy az emberes Marsra szállásokat úgy hajtsák végre, hogy ne szennyezzék be földi mikrobákkal a bolygót, különös tekintettel a folyékony víz jelenlétét mutató helyekre.

A Gale-kráter közepén magasodó Mt. Sharp (Aeolis Mons) a Curiosity marsjáró felvételén.Fotó: NASA/JPL-Caltech

Elon Musk sokszor elmondta, hogy a Mars kolonializásával „több bolygós fajjá” szeretné tenni az emberiséget. A Marsra azonban hiba lenne Föld 2.0-ként tekinteni, ahová az emberiség egy része elmenekülhet a közelgő ökológiai katasztrófa, egy kisbolygó-becsapódás vagy egy globális konfliktus elől. A Mars ma nem képes felszíni élet fenntartására, így ha választani kell a földi élet történetének legrosszabb napján uralkodó viszonyok vagy egy normál marsi nap között, határozottan az előbbire érdemes voksolni. A Mars Földhöz hasonlóvá tétele, „terraformálása” sajnos belátható időn belül elképzelhetetlen, de még a technikailag sokkal reálisabb biodómokból álló fedett városok kiépítése sem mentes az óriási kihívásoktól. Talán a legnagyobb probléma ezek közül az, hogy nem tudjuk, hogyan lehet hosszú távon fenntartani egy mesterséges bioszférát – gondoljunk csak a Földön létrehozott szimulált önfenntartó ökoszisztéma, a Bioszféra-2 csúfos kudarcára. Szinte biztos tehát, hogy bármilyen a Marson letelepedő emberi kolónia a Földre lenne utalva.

Valószínű ugyanakkor, hogy az első emberes küldetésekkel, ha kezdetben csak korlátozottan is, de a Marson is elkezdenek majd kiépülni az kutatóállomások, és néhány évtized alatt a Földön és a Marson is sikerül kikísérletezni önfenntartó bioszférákat, áramellátást biztosító kompakt nukleáris vagy fúziós reaktorokat, a helyi erőforrások kiaknázását (ISRU, In situ Resource Utilization), amelyeket támogathat kisbolygók robotszondás bányászata és az abból kitermelt anyagok Marsra juttatása (a marsi gravitáció és légkör okozta leszállási és felszállási nehézségek miatt nem igazán érné meg a kisbolygóöv anyagainak Marson történő feldolgozása). Ebben a forgatókönyvben tehát a Mars egy, a mai Antarktiszhoz hasonló terület lenne, főleg tudományos kutatási tevékenységgel, mintsem több millió ember lakóhelye és a Föld alternatívája.

Hova tovább?

Nem elképzelhetetlen, hogy az évszázad végére rutinná válik az űrutazás, beindul a Föld–Hold-gazdaság, és távolabbi, nehezebben elérhető célpontok után nézünk. Ebben az esetben szóba kerülhetnek a Vénusz felső légkörében lebegő állomások és léghajók, a kisbolygóöv szinte végtelen erőforrásainak kiaknázása, vagy akár a külső Naprendszer gázóriásai körüli holdak, mint például a Szaturnusz Titán holdjának űrhajósok általi vizsgálata. Ez utóbbihoz viszont a ma rendelkezésre álló kémiai és ionhajtóműves rakétatechnológiához és űrhajókhoz képest komoly előrelépésekre lenne szükség.

Az űrkutatás és a bolygótudomány elmúlt évtizedeinek eredményei rávilágítanak, hogy bár a Földünknek nincs elérhető távolságon belül alternatívája, a Naprendszer tele van erőforrásokkal és lehetőségekkel, amelyek etikus kihasználása kulcsfontosságú az emberiség jövője szempontjából.

A címlapi képen a NASA Curiosity marsjárója által 2016-ban készített szelfi látható.

Kapcsolódó cikk a Qubiten: