Ezzel az eszközzel 26 nap alatt eljuthatunk a Marsra

Az Acta Astronautica című folyóiratban nemrégiben megjelent tanulmány az aerográfiás napvitorlák alkalmazásának lehetőségét vizsgálja a Marsra és a csillagközi űrbe való utazás során, ami drámaian csökkentheti az ilyen küldetésekhez szükséges időt és üzemanyagot.

A tanulmányt a Planetary Society sikeres LightSail2 missziójával együtt számos szervezet folytatja a napvitorlák használatára irányuló kutatásokat, és magában hordozza a hosszú távú űrmissziók gyorsabb és hatékonyabb meghajtási rendszereinek kifejlesztésének lehetőségét.

“A napvitorla lehetőséget kínál a kilogramm alatti hasznos terhek gyors szállítására az egész Naprendszerben”, mondta Dr. René Heller, a Max Planck Naprendszer-kutató Intézet asztrofizikusa a Universe Todaynek.

A hagyományos kémiai meghajtáshoz képest, amely több száz tonna hasznos terhet képes alacsony Föld körüli pályára juttatni, és ennek nagy részét a Holdra, a Marsra és azon túlra szállítani, ez nagyon kevésnek hangzik. Azonban a napvitorla-technológia legnagyobb erénye a sebesség.

A legkönnyebb szilárd anyagból készülne a vitorla

A hagyományos rakétákkal ellentétben a napvitorláknak nincs szükségük üzemanyagra. Ehelyett a napfényt használják a meghajtási mechanizmusukhoz, mivel az óriásvitorlák a fotonokat úgy fogják fel, mint a szélvitorlák a szelet, amikor vízen közlekednek. Minél tovább vannak nyitva a napvitorlák, annál több foton kerül befogásra, ami fokozatosan növeli az űrhajó sebességét.

A tanulmányhoz a kutatók szimulációkat végeztek arról, hogy egy legfeljebb 1 kilogramm tömegű, 10 ezer négyzetméter keresztmetszetű aerografit napvitorla milyen gyorsan tudná elérni a Marsot és a csillagközi közeget, azaz a heliopauzát.

A Marsra és a heliopauzához vezető út során a napvitorlát közvetlenül a Föld körüli pályáról kellene elindítani. A kutatók szerint a Mars a napvitorla felállításakor és a Földről való indulásakor “szemben” áll a Földdel, ami a legjobb eredményt adná mind a sebesség, mind az utazási idő tekintetében.

Viszont egy ettől eltérő módszert is kidolgoztak. Ebben az esetben a napvitorlát hagyományos kémiai rakéták segítségével a Naptól körülbelül 0,6 csillagászati egységre (Astronomical Unit, AU) (csaknem 90 millió kilométerre) szállítják. A napvitorla ekkor kinyílik és megkezdi útját a Mars vagy a heliopauza felé. De hogyan teszi az aerografit napvitorla ezt az utazást megvalósíthatóbbá?

Elképesztő tulajdonságokkal rendelkezik

“Alacsony, köbméterenként 0,18 kilogrammos sűrűségével az aerografit minden hagyományos anyagnál könnyebb”, mondta Julius Karlapp, a Drezdai Műszaki Egyetem munkatársa. “A Mylarhoz (polietilén-tereftalát) képest például nagyságrendekkel kisebb a sűrűsége. Feltételezve, hogy a napvitorla által létrehozott tolóerő közvetlenül függ a vitorla tömegétől, így sokkal nagyobb is lehet. Ezen kívül az aerografit mechanikai tulajdonságai is elképesztőek”.

A szimulációk során megállapították, hogy az egyszerűbb, föld körüli pályáról való indítás során a napvitorla 26 nap alatt érné el a Marsot. A heliopauzáig tartó út viszont 5,3 évbe telne. Ez több idő, mintha kémiai hajtású rakétákkal “kitennénk” a vitorlát, és onnan vehetne repülőrajtot, ami így elméletileg 4,2 év lenne. Még úgy is, hogy 103 napba telne a kiindulópontra jutni.

A jelenlegi utazási idő a Marsra 7-9 hónap között mozog. Ráadásul csak kétévente, meghatározott indítási időablakokban történik, miközben a két bolygó helyzetének egybe kellene esnie a Marsra induló vagy onnan érkező űrhajók indításakor és érkezésekor. A heliopauzához vezető jelenlegi utazási idők becslését a NASA Voyager 1 és Voyager 2 szondáinak segítségével lehet elvégezni, amelyek körülbelül 35, illetve 41 év alatt érték el a heliopauzát.

Nem csak elindulni nehéz

A kutatók megjegyzik, hogy a napvitorlák használatának egyik fő kérdése a célállomásra, konkrétan a Marsra érkezéskor a lassulás. És bár megoldásként említik az aerocapture-t, amelyhez egy bolygó légköre is szükséges, elismerik, hogy ez még további tanulmányokat igényel.

“A hiperbolikus pályákhoz, mint a Földről a Marsra való repüléshez használt légköri manőverek a légkör segítségével fokozatosan csökkentik a sebességet a légellenállás miatt”, mondta Dr. Martin Tajmar fizikus, a Drezdai Műszaki Egyetem professzora. “Ezért kevesebb üzemanyagra van szükség a Mars körüli pályára lépéshez. Ezzel a fékezési manőverrel kiküszöböljük a további fékezőhajtóművek szükségességét, ami viszont csökkenti az űreszköz tömegét. Jelenleg azt kutatjuk, hogy milyen alternatív stratégiák működhetnek számunkra. A fékezési módszer azonban csak egy a sok különböző kihívás közül, amellyel jelenleg szemben állunk”.

Bár a napvitorlát a NASA már az 1970-es években is javasolta, a technológia legújabb darabja a NASA Solar Cruiser, amely a tervek szerint 2025 februárjában indul.

Érdemes elolvasni:

• A NASA OSIRIS-REx missziója aszteroida mintákat fog visszahozni a Földre
• Milyen messzire jutott az emberiség az űrben?