Lehet zöld az űrrepülés?
Az amerikai űrsiklók 135 startot számlált története során a szilárd hajtóanyagú rakéták indításonként 230 tonna sósavat engedtek az atmoszférába, ez a savas esők egyik legfontosabb tényezője. Még szennyezőbbek az orosz Proton rakéták, amelyek a nemzetközi űrállomás készleteinek elszállításában segédkeznek. A hajtóanyag ez esetben a hidrazin nevű nitrogénvegyület, melynek elégetésekor ammónia keletkezik.
A hidrazin már tiszta formájában is súlyosan mérgező, maró hatású és feltehetőleg rákkeltő. Nem véletlen, hogy a rakéták felbocsátásakor az orosz űrrepülőtereken gázmaszkokat rendszeresítettek. Környezetvédelem és űrutazás – e fogalmak mégis mindeddig összeférhetetlenek voltak, ám mostanában többen is szeretnének ezen változtatni. A NASA űrtechnológiai programjának vezetője, Michael Gazarik egy 56 millió dolláros projekt keretében arra készül, hogy három éven belül fellőjék az első „zöldhajtóanyaggal” működő űrrakétát.
Ez a pénzösszeg csak a töredéke annak, amit mostanáig egy-egy hagyományos rakéta fejlesztésére költöttek. Az Ariane–6 csupán első tanulmányaira az Európai Űrügynökség az elkövetkező években több mint 150 millió eurót kíván költeni. Ezt a rakétát szilárd hajtóanyagokkal tervezik, ami környezetbarátnak vajmi kevéssé nevezhető. Az üzemanyag egy erősen reakcióképes klórvegyület lesz, ennek elégetésekor nemcsak víz és szén-dioxid keletkezik, hanem klórozott szénhidrogének sora, márpedig a sztratoszférában maradva ezek súlyosan károsítják a Föld ózonrétegét, legalábbis ezt állítja Darin Toohey, a Coloradói Egyetem kutatója az Astrophy sics című folyóiratban megjelent cikkében.
– Ez mostanában még nem is lenne nagy gond – teszi hozzá, – ám ha 30 évig várunk és beindul az űrturizmus is, már más lesz a helyzet. Pedig már ma is léteznek alternatívák. Az indianai Purdue Egyetem mérnökei például kifejlesztettek egy szilárd tüzelőanyagot, amely csupán jégből és 80 milliomod milliméternyi részecskékből álló alumíniumporból tevődik össze. Ez utóbbi a begyújtásnál hidrogénre és oxigénre hasítja a vizet, így a meglehetősen robbanóképes elegy az égésnél csupán vizet és alumínium-oxidot termel. Az első próbához a kutatók egy 3 méter hosszú rakétát készítettek, melyet 400 méter magasra lőttek fel.
– A kerozin helyettesítésére is van jelölt: az autósok által néhol már használt biodízel – állítja a PM magazinban Steve Harrington, a Flometrics nevű kaliforniai vállalat alapítója. Ez a cég már 2009-ben bebizonyította, hogy repcéből és szójából gyártott üzemanyaggal töltött rakéták is kilőhetők hat kilométer magasra, ami sokkal jobb eredmény volt a vártnál. A biodízel azonban elégésekor ugyanolyan végtermékeket produkál, mint a kerozin – azaz mindenekelőtt szén-dioxidot és vízgőzt.
A problémák gyökere a rakétameghajtás alapelve: a gyorsulás létrehozásához a tömeg egy részét nagy sebességgel hátrafelé „kidobják”. A startnál azonban még a teljes, tehát a később eltávozó anyagokkal növelt tömeget kell a levegőbe emelni és felgyorsítani, ez pedig további hajtóanyagot kíván. A repülés első néhány másodperce és kilométere a legnehezebb. Az űrsiklóknak például ahhoz, hogy 12 kilométerre emelkedjenek és 1,3-szeres hangsebességet (óránként 1600 kilométert) érjenek el, a teljes útra felhalmozott üzemanyag több mint egyharmadát kellett felhasználniuk. Az amerikai magánűrhajót, a Space-ShipTwot, amelyik a tervek szerint föld körüli útra befizetett űrturistákkal még az idén levegőbe emelkedik, egy teherszállító repülőgép viszi fel 15 kilométer magasba, s az űrhajó csak ott indítja be rakétahajtóműveit, és startol a világűr felé.
Ez a megoldás ugyan energiát takarít meg, de a környezet szempontjából tisztának messze nem mondható. A SpaceShipTwo ugyanis mesterséges kaucsukot éget el nitrogénoxid jelenlétében, ami szintén nem nevezhető áldásnak a légkör számára. A magasságot és a sebességet elméletileg környezetbarát módon is el lehet érni. Az amerikai James Powell fizikus „csillagvillamosnak” nevezte kissé fantasztikusnak tűnő tervét. Kollégájával, Gordon Danbyvel 1968-ban vetette papírra a szupravezető mágneses lebegésű „űrvillamos” elvét. (A két szakembert tartják a szupravezető mágneseket alkalmazó lebegő gyorsvasút felfedezőinek. Danby emellett az MRI kifejlesztésében is úttörő szerepet játszott.) Egy ezer kilométer hosszú légmentes csövet tervezett, melyben óránként ezer kilométeres sebességgel egy lebegő kapszulát mozgatna.
A műholdak kilövéséhez a csövet egy 3-7 ezer méteres hegyre vezetnék, a csúcs közelében a rakéta elhagyná a csövet, és továbbrepülne az űr felé. Powell szerint a teherszállító változat kiépítéséhez mintegy 20 milliárd dollárra lenne szükség, az emberes változat 60 milliárdba kerülne, és húsz évig tartana a megépítése. A hagyományos rakéták alapvető hátrányait még egy módon lehetne kiküszöbölni: lézerrel. Senki sem írja elő ugyanis, hogy azt az energiát, amelynek révén a rakéták részecskéket lövellnek hátrafelé, a fedélzeten kell előállítani. Leik Myrabo, a New York állambeli Rensselaer Polytechnic Institute munkatársa több mint három évtizede próbálkozik azzal, hogy ezt az energiát infravörös lézerrel kívülről hozza létre. A lézersugarat egy tölcsérszerű alkalmatosság segítségével ide-oda cikáztatnák, amíg a fény a Nap felületének ötszörösét elérő hőmérsékletre melegedne. A forróvá váló levegő ezután robbanásszerűen kitágulna, és ez az energia lökné előre a járművet. Tenyérnyi, 50 grammnál nem nehezebb űrhajókkal mindez már egész jól működik. Myrabo már 140 tesztrepülésen van túl, az eddigi legsikeresebb 12,7 másodpercig tartott, és 72 méteres magasságot ért el.
– A technika egy emberöltőn belül olyan szintre jut – jósolja Myrabo –, hogy az ilyen elven működő űrhajók gyakorlati valósággá válnak. Sajnos az amerikai mérnöknek mostanáig nem sikerült nagyobb űreszközöket lézerrel felgyorsítani. Hosszabb távolságoknál ugyanis gondok lépnek fel: minél magasabbra ér a fény hajtotta űrhajó, annál vékonyabb az atmoszféra, vagyis az űreszköznek levegőt is magával kell vinnie, ami a lézer által kiváltott robbanáshoz szükséges. Ráadásul a lézersugár ereje a táv növelésével gyengül, ami egy idő után már nem elég a rakéta továbblökéséhez. Ezt a problémát csak egy sokkal erősebb lézersugár tudná megoldani, ilyet azonban megújuló energiával egyelőre nem lehet előállítani. Egy lézerrel hajtott nagy űrhajóhoz akkora teljesítmény kellene, amit jelenleg csak egy atomerőmű tud produkálni, márpedig ez nem a legjobb start a zöldűrrepülés felé.
Mivel „tolták meg” az űrsiklót?
Az amerikai űrsiklóknak ahhoz, hogy 9 perc alatt 28 ezer kilométer/órás sebességet érjenek el, amivel Föld körüli pályára katapultálják magukat, elképesztő energiamennyiséget kellett felhasználniuk. Az űrrepülőgépek két oldalán rögzített, szilárd hajtóanyaggal töltött tartályok tolóerejét 3 millió kiló alumíniumrészecske és alumínium-perklorát elégetése biztosította. Ehhez jött még az űrsikló három fő hajtóművében az út során elégetett jó kétmillió liter folyékony hidrogén és oxigén. A startnál még 2000 tonnát nyomó űreszköz tömege a landolásnál alig több mint száztonnásra csökkent – a különbség zöme a fellövéskor szükséges gyorsulás idején fogyott el.
