Elindult az Artemis–1, az ember Holdra való visszatérésének főpróbája

A politikusokat tényekkel kell szembesíteni. A tudomány tényeket gyárt. Segíts minél többet publikálni belőlük!

Ötven év után napokon belül újra emberes űrhajó kering majd a Hold körül, egyelőre még legénység nélkül. Az amerikai űrügynökség (NASA) Orion űrhajója – ezúttal csak háromnegyed órás késéssel – magyar idő szerint reggel 7:48-kor indult útnak a floridai Cape Canaveral űrközpontból, a valaha épített egyik legnagyobb rakéta, a Space Launch System (SLS) tetején.

Az Artemis-program indulása nem volt épp zökkenőmentes. A kilövést eredetileg augusztus 29-re tervezték, de a hidrogén rakétahajtóanyag töltőrendszer szivárgott és egy hajtóműszenzor sem működött rendesen. A második, szeptember 3-i próbálkozást ismét hidrogénszivárgás miatt kellett lefújni. A rakétát így visszagurították az összeszerelő épületbe, ahol kihúzta a Floridára szeptember végén lecsapó Ian hurrikánt. Az indítóállásra végül november 4-én érkezett meg, ahol napokkal később a Nicole hurrikán erős széllökéseit kellett átvészelnie.

Az Artemis–1 tesztrepülésnek hatalmas a tétje a NASA szemszögéből, mivel ez jelenti a Holdra űrhajósokkal történő visszatérés főpróbáját. Másfél órával a kilövés után az Orion űrhajó sikeresen elvégezte azt a kulcsfontosságú rakétamanővert, ami Föld körüli pályáról a Holdhoz indította. Az Orion első körben minimum egy hetet tölt majd Hold körüli pályán, ezalatt az emberes űrhajók történetében az eddigi legtávolabbi pontra merészkedik, és a leghosszabb ideig is marad távol a Földtől.

Ha most minden rendben megy, két év múlva, az Artemis–2 űrutazáson már űrhajósokkal a fedélzetén indulhat a Hold közelébe az Orion, az újbóli Holdra szállásra pedig egy évvel később, 2025-ben kerülhet sor, az Artemis–3 misszióval. Az Orion űrhajó akár három hétig képes 6 űrhajós ellátására a Föld körüli pályán túl, az európai űrügynökség (ESA) által szolgáltatott szervizmoduljának köszönhetően.

Az űrhajó a 98 méter magas Space Launch System hordozórakétán emelkedett a magasba, az Apollo-programban és más űrrepülőgép-kilövésekre használt 39B indítóállásról. Ez volt a valaha épített egyik legerősebb rakéta első indítása, amelynek most használt verziója több mint feleannyi terhet tud a Holdhoz szállítani, mint amennyit az Apollo-küldetéseket oda juttató Saturn V holdrakéta.

Nem sokon múlt, hogy az SLS el se jusson az indítóállásig. A NASA korábbi vezetője 2019-ben csak kongresszusi nyomásra állt el attól, hogy elgondolkozzon a rakéta lecserélésén. Az SLS az elmúlt években egyre kevésbé mutatkozott versenyképesnek az Elon Musk által vezetett SpaceX fejlesztéseivel szemben, de ennél a kongresszusnak fontosabbnak bizonyult, hogy az Egyesült Államok több politikailag fontos államában több tízezer, korábban az űrrepülőgép-programhoz (Space Shuttle program) kötődő munkahely múlt a sorsán.

A 2 millió kilométert átszelő tesztküldetés fő célja a NASA szerint annak demonstrálása, hogy rendben működnek az Orion rendszerei és képes űrhajósokat – köztük a Holdra szálló első női és színes bőrű űrhajóst – biztonságosan égi kísérőnkhöz szállítani és a Földre visszahozni az Artemis-program következő repülése során.

Két hét Hold körüli pályán

Az Orion első holdutazásán a legénység három, szenzorokkal – köztük magyar fejlesztésű sugárzásmérőkkel – felszerelt tesztbábuból és egy plüss Snoopyból áll. A tesztbábuk adatokat gyűjtenek az űrhajósokat érő sugárzásról, gyorsulásról és vibrációról, a kabinban lebegő Snoopy pedig jelzi, mikor éri el a súlytalanságot az űrhajó a kilövés után. A NASA-t már az Apollo-programban is inspirálta az amerikai Peanuts képregények ikonikus kutyája, akiről akkor az Apollo–10 küldetés a Hold felszínét 15 kilométerre megközelítő holdkompját is elnevezték.

Snoopy az Apollo-program óta inspirálja az amerikai űrutazásokatFotó: NASA/Nick Stokes

Az SLS rakéta néhány perccel az indítás után Föld körüli pályára állítja az Oriont, amit az űrhajó napelemtábláinak kinyitása, és rendszereinek kezdeti ellenőrzése követ. Másfél órával később jön az űrhajót a Hold felé indító kulcsfontosságú rakétamanőver (TLI, trans lunar injection), majd fél órával ezután leválik az Orionról a második rakétafokozat, az űrhajó pedig elindul a Hold irányába.

Az odaút 5 napig tart, amely alatt az Orion szükséges pályamódosításokat hajt végre, a hatodik napon pedig 97 kilométerre közelíti meg a Hold felszínét. A következő három napban pályára áll az égitest körül. Ez egy nagyon stabil, a Holdtól 64 ezer kilométerre található, úgynevezett távoli retrográd pálya lesz, ahol az űrhajó egy-két hetet tölt majd.

Az Artemis–1 repülés koreográfiája. Az Orion űrhajó legalább egy hetet tölt majd Hold körüli pályánIllusztráció: NASA

A küldetés 24. napján az Orion egy újabb hajtóműbegyújtással elkezdi elhagyni Hold körüli pályáját, majd a 26. napon eléri a Földtől mért legnagyobb távolságát. A hazaút a 35. napon indul, a Hold 800 kilométerre való megközelítésével. A landolás előtt az Orionról leválik az európai szervizmodul, és a Holdról való visszatéréshez tervezett hővédőpajzzsal felszerelt űrhajó 40 ezer kilométeres óránkénti sebességgel belép a légkörbe. Ha minden jól alakul, a küldetés 43. napján landolhat az Orion a Csendes-óceánban, ahol az amerikai haditengerészet (US Navy) helyezi majd biztonságba.

A küldetés végén az amerikai haditengerészet gyűjti be az Orion űrhajót a Csendes-óceánbólFotó: NASA

Az Artemis–1-et 2024 májusában követheti az Artemis–2 küldetés, amelyben három amerikai és egy kanadai űrhajós repülhet el a Hold mellett. A 2025-re tervezett Artemis–3 misszióban négy űrhajós utazhat a Holdhoz, ahol az Orion a SpaceX holdkompként funkcionáló Starship HLS űrhajójához csatlakozik majd. Az Orionról két űrhajós, köztük a Holdra szálló első nő átszáll majd a Starship HLS-re, amely a Hold felszínére szállítja őket egyhetes tartózkodásra. A NASA ebben a hónapban választotta ki azt a 13 leszállóhelyjelöltet, amelyek egyikén landolnak majd a Holdat több mint 50 év után elsőként meglátogató űrhajósok.

Ha eddig eljut az Artemis-program, olyan projektek következhetnek a sorban, mint a Lunar Gatewaynek nevezett űrállomás megépítése, valamint további Holdra szállások, az Artemis-programban részt vevő ESA-nek hála már európai űrhajósokkal is. Az Egyesült Államok után a Hold űrszondás vizsgálatában jelentős sikereket elérő Kína juttathat másodikként embert a Holdra, 2030 körül.

SLS, a valaha épített egyik legnagyobb rakéta

Az első három Artemis-küldetéshez használt SLS Block I verziója 27 tonna hasznos terhet tud a Holdhoz szállítani, szemben a Saturn V holdrakéta 43 tonnájával. Közeli Föld körüli pályára viszont már 95 tonnát képes feljuttatni, nagyjából 30 tonnával többet, mint a SpaceX Falcon Heavy rakétája.

Az SLS rakéta a kilövőálláson, tetején az Orion űrhajóvalFotó: NASA/Frank Michaux

Az SLS első fokozata az űrrepülőgép négy RS-25 típusú, folyékony hidrogént és oxigént elégető rakétahajtóművét használja. A 65 méter hosszú fokozathoz két, szintén az űrrepülőgép-programból átvett és továbbfejlesztett szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta kapcsolódik, melyek az űrsiklónál megszokottól eltérően nem használhatók újra. Az SLS második fokozata a Delta IV rakéta megnagyobbított és űrhajósok indítására alkalmassá tett ICPS fokozata, melyet egy RL10 típusú rakétamotor hajt. Az ICPS lesz az, amely végül az Orion űrhajót Hold felé tartó pályára helyezi.

A nem újrahasználható SLS rakéta fejlesztése 2010-ben kezdődött, a Constellation-programhoz tartozó Ares I és Ares V hordozórakéta projektek berekesztésével és az űrrepülőgép-program végével. Az SLS 2021-ig 23 milliárd dollárjába került az amerikai adófizetőknek. Az egy indításra jutó költsége a 2 milliárd dollárt is elérheti, amely hozzávetőleg hússzorosa az emberek szállítására nem engedélyezett, az első fokozatát és gyorsítórakétáit tekintve újrahasználható Falcon Heavy indítási költségének, és kétszázszorosa a fejlesztés alatt álló Starship becsült indítási költségének.

2019-ben a NASA akkori vezetője, Jim Bridenstine annyira elégedetlen volt a rakéta első tesztjének csúszásával, hogy az egészet le akarta cserélni egy teljesen a magánszektorban – például Elon Musk SpaceX vállalata által – fejlesztett megoldásra. Bridenstine ezt gyorsan elengedte, mivel az amerikai szenátus nagy hatalmú költségvetési bizottságát vezető alabamai republikánus szenátor, Richard C. Shelby mindenképpen ragaszkodott ahhoz, hogy az Orion űrhajó az SLS-en induljon útnak. Ebben fontos szerepet játszott, hogy a kritikusai által „szenátusi indítórendszernek” (Senate Launch System) gúnynéven illetett program 25 ezer munkahelyet tart fent Texasban, Floridában és más államokban.

Az Orion űrhajó és az SLS rakéta az indítás előtt néhány nappalFotó: NASA

Az SLS-t a lassú fejlesztési folyamat és a költségtúllépések miatt számos kritika érte, miközben a hagyományos rakéta egyre kevésbé tűnt kompetitívnek a SpaceX újrahasználható megoldásaival szemben. Eric Berger, az Ars Technica űriparral foglalkozó szakújságírója szerint emiatt az SLS egyszerre a legrosszabb dolog, ami a NASA-val történhetett, és egyben talán a legjobb is. Szerinte ezt az árat kellett az űrügynökségnek – és nem mellesleg az adófizetőknek – megfizetnie, hogy  végre legyen egy valódi, a Föld közeli pályán túlmutató, emberes űrprogramja az Egyesült Államoknak.

Európai szervizmodullal, magyar dózismérővel utazik az Orion a Holdhoz

Az Orion űrhajó az Apollo-program óta a NASA első, Föld közeli pályán túli utazásra tervezett, részben újrahasználható űrhajója. Fejlesztése a 2000-es évek elejére nyúlik vissza, a NASA Constellation programjának Crew Exploration Vehicle-éig. Az Orion első Hold körüli repülését egy 2014-es, 4 és fél óráig tartó űrrepülés előzte meg, amely igazolta hővédőpajzsának működését.

Az űrkapszula az Apollo parancsnoki moduljára emlékeztet, de 5 méteres átmérőjével annál több mint egy méterrel nagyobb, 3 helyett akár 6 űrhajóst is el tud szállítani a Holdig, és 14 helyett 21 napig képes életben tartani őket. Belső kialakítása és rendszereinek fejlettsége – például automatikus űrállomáshoz vagy más űrhajóhoz való dokkolási képességével – pedig szintén jól tükrözi az Apollo-program óta eltelt 50 évet.

Az Orion űrhajó a Hold megközelítése soránIllusztráció: NASA

Az Orion űrkapszuláját négy napelemtábláján keresztül az ESA által épített European Service Module (ESM) látja el energiával, illetve üzemanyaggal, valamint a legénység életben maradáshoz szükséges levegővel és vízzel. A küldetés végéig az Orionhoz csatolt ESM az európai ATV teherűrhajóra épül, amely több évig sikeresen szállított rakományt a Nemzetközi Űrállomáshoz.

Miután az Orion elhagyja a NASA geostacionárius kommunikációs műholdjainak (TDRSS) lefedettségét, az irányítás a Deep Space Network (DSN) rádióantenna rendszeren keresztül kommunikál majd az űrhajóval. A szinte a teljes égboltot lefedő, spanyol, ausztrál és kaliforniai rádióantennákból álló rendszer normál esetben az űrszondákkal (pl. a Földtől 23,5 milliárd kilométerre lévő Voyager–1-gyel) való kapcsolattartást bonyolítja le. A DSN a jövőbeli Artemis-küldetéseknél is kulcsfontosságú szerepet játszik majd, amelyeknél a lézeres kommunikációval már 4K felbontású élő videóközvetítés is lehetővé válik.

Az Artemis-programba a magyar Energiatudományi Kutatóközpont (EK) Űrkutatási Laboratóriumának egyik csoportját is meghívták. A passzív, energiaellátást nem igénylő dózismérőkkel foglalkozó csapat az Artemis–1 küldetésben vesz részt, amelynek során az űrhajósok helyét sugárzásmérő eszközökkel gazdagon ellátott tesztbábuk, úgynevezett fantomok foglalják el. Ezeken a bábukon modellezik majd az űrhajósokat kívül-belül érő ionizáló sugárzás hatását, hiszen ahogy az EK közleményében írja: „az optimális sugárvédelmi árnyékolás, a megfelelő dóziskorlátok kidolgozása, a bőrt, valamint a belső szerveket érő sugárterhelés összefüggéseinek megértése kulcskérdés az emberes küldetések tervezése során.”

Mindennek tudományos haszna is van

Az Oriont a Hold felé indító második rakétafokozat 10 apró, CubeSat-típusú műholdat is magával visz, amelyek különböző tudományos méréseket végeznek majd. Köztük van a NASA NEA Scout nevű miniatűr űrszondája, amely 86 négyzetméteres napvitorlája által egy 10-20 méteres földközeli kisbolygót látogat meg két éven belül, hogy kamerájával felvételeket készítsen róla. Két másik amerikai CubeSat-szonda, a LunaH Map és a Lunar IceCube a holdfelszíni vízjeget térképezi majd fel. Egy Japán CubeSat, az Omotenashi célja pedig egy parányi, mindössze 700 grammos leszállóegység eljuttatása a Hold felszínére, amely a sugárzási környezetet méri, és landolását légzsákok puhítják.

A NEA Scout kisbolygókutató napvitorlás űrszonda fantáziarajzaIllusztráció: NASA

Amint arról korábban a Science beszámolt, már az Artemis–1 indításának augusztus végére halasztása is jelentősen lemerítette egyes CubeSatok akkumulátorait, így fennáll annak a veszélye, hogy ezek nem fognak tudni bekapcsolni a küldetésük kezdetén, és kinyitni napelemtábláikat. A NASA azokat a szondákat, amelyeknek akkumulátorai egyszerűen újratölthetők voltak, októberben feltöltötte.

Az Orion űrhajóban utazik még egy BioExpt-01 nevű biológiai kísérlet is, amely azt vizsgálja majd, hogyan hat élőlényekre a Föld közeli pályán túli sugárzás. A biológiai kísérlet négy részből áll, az első azt határozza meg élesztőgombák (Saccharomyces cerevisiae) segítségével, hogy mely gének segíthetik a túlélésüket a Föld magnetoszféráján túl, és hogyan hat a sugárzási környezet a sejtek DNS-örökítőanyagára, illetve a DNS-hibajavító folyamatokra. 

A második kísérletrész a jövőben akár a marsi üzemanyagtermelést is segítő Chlamydomonas reinhardtii zöldmoszatra összpontosít, és feltérképezi, hogy a mélyűr sugárzása mellett mely génjei és anyagcsere-útvonalai segítik túlélését. A harmadik a sejtek kozmikus sugárzáshoz való adaptációját méri majd gombák segítségével, egy normál és két, DNS-hibajavításra képtelen törzs alkalmazásával. Az utolsó a sugárzás Arabidopsis thaliana növénymagokat felépítő fehérjékre mért hatását vizsgálja majd.

A 2025-re tervezett új Holdra szállás elsődleges technikai célja az, hogy sikerüljön egy másik égitesten fenntartható emberi életet kialakítani, a helyi erőforrások lehető legjobb kihasználásával. Az Artemis–3 leszállóhelyét a déli pólus közelében eddig egyetlen szonda, vagy emberes küldetés sem vizsgálta, miközben az akár több milliárd éve fagyott régió a Hold formálódásáról és évmilliárdok alatti változásáról, illetve a Naprendszer történetéről árulkodhat. Így az új Holdra szállás nem csupán a világűrben való hosszú távú tartózkodásunk felé vezető utat jelöli ki, hanem tudományos szempontból is lényeges vállalkozás.

A Qubit szerkesztősége azért dolgozik, hogy a magyar nyilvánosság hiteles, alapos és közérthető tudományos ismeretekhez jusson. Tesszük ezt politikamentesen, közszolgálati hevülettel, száznál több kutató és tudós bevonásával. Égető kérdések, dermesztő válságok és zavaros álhírek sűrűjében igyekszünk tartani a fáklyát immár havi bő hétszázezer olvasónknak. Cikkeink ingyen olvashatók, de nem ingyen készülnek. Segítsd a munkánkat!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: