tudomány-tech

Meglepő ötlet, de működhet: bibliai módszerrel dobálna műholdakat az űrbe egy új cég

Nagy Attila KárolyNagy Attila Károly

2022. június 6. 10:59

Ahogy Dávid legyőzte Góliátot, úgy győzheti le a gravitációt a SpinLaunch merőben szokatlan orbitális gyorsítója. Az új módszer forradalmasíthatja a kereskedelmi műholdak űrbe juttatásának piacát.

Hatvanöt évvel ezelőtt, a szovjet Szputnyik műhold Föld körüli pályára állításával megkezdődött az űrkorszak. Az 1957-es évre radikális tudományos és technológiai fejlődést eredményező évtizedek következtek, aminek következtében alaposan megváltozott az emberiség élete – komoly részben a műholdaknak köszönhetően. Felsorolni is nehéz, hogy mostanra hányféle területen váltak nélkülözhetetlenné az éjszakai égboltot benépesítő mesterséges égitestek. Az időjárás-előrejelzéstől kezdve a műsor- és internetsugárzáson, tömegkommunikáción keresztül a műholdas helymeghatározáson át a klímakutatásig, számtalan módon vannak hasznunkra az űrben keringő szerkezetek.

Ha csak a számukat nézzük, már az is lenyűgöző: az UCS Satellite Database legutóbbi összefoglaló táblázata 2021. december 31-én 4852 működőképes műholdat tartott számon. A legtöbbet az Egyesült Államok üzemelteti, a csaknem ötezerből csaknem háromezret. A műholdas társadalmi-technológiai fejlődés ütemét tökéletesen mutatja és egyben előrejelzi, hogy pár év alatt megugrott a magáncégek által űrbe juttatott műholdak száma, olyannyira, hogy mostanra több kereskedelmi célú műhold kering a Föld körül, mint katonai vagy kormányzati. Több mint 2500 amerikai kereskedelmi szatelitről beszélhetünk, javarészt Elon Musk Starlink műholdasinternet-projektjének következményeképp.

Ahogy az űrkutatás eredményei, a legújabb űrtechnológiák egyre inkább leszivárognak a hétköznapi életbe, úgy törekszik napról napra egyre több vállalkozás arra, hogy saját vagy bérelt műholdja legyen az űrben, például kutatás-fejlesztési vagy kommunikációs céljainak elérése érdekében. Ennek megfelelően nemcsak a műholdgyárak termelése pörgött fel, de megszaporodott azon cégek száma is, amik az újabb és újabb műholdak űrbe juttatására szakosodnak. A legtöbb, több mint négyezer műhold az úgynevezett alacsony Föld körüli pályán (low Earth orbit, LEO), legfeljebb kétezer kilométeres magasságban kering, ennek megfelelően a legnagyobb pezsgés ebben a szegmensben figyelhető meg. A Wikipédia listája szerint jelenleg hét magáncég (Astra Space, Firefly Aerospace, Northrop Grumman Innovation Systems, OneSpace, Rocket Lab, SpaceX, Virgin Orbit) foglalkozik a LEO-régió (nagyjából a 200-2000 km közötti Föld feletti magasság) elérésével, és több mint harminc vállalkozásnál zajlanak gőzerővel a fejlesztések, hogy beléphessenek erre a jól jövedelmező űrpiacra.

Új játékos lép színre

A műholdak pályára állításának módszere az első Szputnyik óta jószerével ugyanaz: a nagy becsben tartott rakományt egy űrkikötőben fölrakják egy robbanásveszélyes üzemanyagokkal csordultig töltött jókora rakéta csúcsára, begyújtják a hajtóműveket és uzsgyi. Rohamléptékű technológiai fejlődés ide vagy oda, ennél sokkal hatékonyabb és egyszerűbb módszert 65 éve nem nagyon dolgoztak ki – nagyon kevés kivételtől eltekintve. Ilyen kivétel például a Virgin Orbit műholdakat levegőből az űrbe juttató LauncherOne projektje, ami egy átalakított Boeing 747-400-es repülőgép szárnya alól indított rakétával ért el sikereket az elmúlt 1-2 évben. Másik kivételként lehet említeni tulajdonképpen a Nanoracks nevű cég szerkezetét, a Nanoracks CubeSat Deployer (NRCSD) műholdkilövőt: az NRCSD a NASA partnereként működik a Nemzetközi Űrállomáson (ISS) 2014 óta, és onnan állít pályára kis méretű (1-10 kilogrammos) műholdakat, amiket előzőleg valamilyen űrhajó rakománya közt szállítottak az ISS fedélzetére.

A fenti helyzetbe hozhat érdekes változást egy 2014-ben alapított kaliforniai (egyelőre) kis űripari cég, a SpinLaunch.

Nem véletlenül írtuk cikkünk címében, hogy a SpinLaunch bibliai módszerrel juttatna műholdakat az űrbe. Olyan technológiát dolgoztak ki és fejlesztenek gőzerővel, aminek elvét az ókor, Dávid és Góliát mitikus párharca óta jól ismeri: 

a SpinLaunch mérnökei tulajdonképp egy gigászi parittya építésén ügyködnek, és a bizarr gépezet első prototípusa már tavaly november óta túl van a kilencedik sikeres teszten is. 

A parittya az egyik legősibb kinetikus (azaz mozgási energiát hasznosító) fegyver. Úgy működik, hogy a lövedéket (mondjuk egy követ), a két, karhosszúságú zsineg közt lévő mélyített bőrtasakba kell rakni, a zsinegek végét összefogva lazán csuklóból megpörgetni, és egy jól begyakorolt mozdulattal a célra irányítva kilőni azt az egyik zsineg elengedésével. Aki nem látott még ilyet, annak szemléltetésül itt egy videó egy mallorcai parittyaversenyről:


A Jonathan Yaney által alapított, Long Beach-i székhelyű startup az új-mexikói sivatagban, a Spaceport America területén építette fel forradalmi kilövőállását (amire az amerikai szaksajtó katapultként hivatkozik). A poros táj fölé tornyosuló, ötven méter magas, A-33 Suborbital Mass Accelerator névre hallgató szerkezet persze jóval bonyolultabb mint egy parittya, inkább hasonlít egy kéménnyel felszerelt lapos centrifugára, vagy egy turbófeltöltőre. Mint nevéből is látszik, a tesztek során egyelőre szuborbitális (azaz csak űrugrásra, Föld körüli keringésre nem alkalmas) sebességek elérésére törekednek, a szerkezet később háromszor nagyobb lesz, a nagyobb energiájú kísérletekhez igazítva méreteit. 

Működhet az ötlet

A SpinLaunch szokatlan ötlete azon alapul, hogy a hasznos terhet úgy is fel lehetne gyorsítani a földi gravitáció legyőzésére alkalmas sebességre, hogy ehhez kémiai energia (azaz sok-sok tonna üzemanyag elégetése) helyett kinetikus energiát használnak. Ahogy a kőegyszerű parittya is képes akár egyetlen pörgetéssel halálos sebességre gyorsítani egy követ, úgy a SpinLaunch gyorsítója is képes lehet majd akkora mozgási energiát kifejteni műholdrakományára, hogy az könnyen pályára állítható legyen.

Az 50 méter magas kilövőszerkezet az új-mexikói Spaceport America sivatagos földjén áll – Kép: SpinLaunch/YouTube

Mint az a lenti videóból is kiderül, a SpinLaunch pörgető gyorsítója alapvetően úgy működik, mint egy karos centrifuga: a 33 méter átmérőjű vákuumdobban egy elektromotorokkal hajtott, könnyű, korszerű, szénszálas kompozit anyagokból készült kar forog egyre gyorsabban. Amikor elérte a szükséges sebességet, akkor a másodperc ezredrésze alatt elengedi a kar végén lévő, körpályán mozgó 3 méter hosszú lövedéket, ami az ég felé meredő csövön érintőirányban nagyjából 8000 km/órás kerületi sebességgel elhagyja a dobot, átszakítva a vákuumzáró fóliát. A hiperszonikus sebességgel száguldó lövedék védőborítása a légkört elhagyva, 80-100 kilométer magasságban leválik, ekkor indul be második gyorsító fokozatként a saját hajtóműve, ami a szükséges pályára állítja a szállított műholdat vagy műholdakat.


Az első, a névleges teljesítmény ötödét felhasználó tesztet 2021. november elején tartották, azóta pedig már túl vannak a kilencediken is, és idén még két-három tucat továbbit terveznek. A nyolcadik próba során egy kamerás lövedéket lőttek ki 7620 méteres magasságba. A több 1600 km/órás sebességre sikeresen felgyorsított teszttárgy szűk másfél percig tartó útjáról az alábbi videó nyújt érzékletes, de kissé szédítő beszámolót:


A kamerás teszt egyébként azért is volt fontos mérföldkő, mert megerősítette a fejlesztő mérnököket abban, hogy a rendszer képes érzékeny műszaki eszközöket föllőni anélkül, hogy tönkretenné azokat, azaz a centrifugában fellépő intenzív g-erők nagy valószínűséggel nem károsítják majd a műholdakban található érzékeny alkatrészeket sem.

A SpinLaunch 2014-es alapítása óta a lehető legnagyobb csendben dolgozott a kísérletek tavalyi megkezdéséig. Erről az alapító vezérigazgató, Jonathan Yaney azt mondta a CNBC-nek:

Úgy gondolom, hogy minél merészebb és őrültebb a projekt, annál jobb, ha csak dolgozol rajta – ahelyett, hogy beszélnél róla. Be kellett bizonyítanunk magunknak, hogy ezt valóban meg tudjuk valósítani.

Az ötlet a jelek szerint nem annyira merész és őrült, hogy visszatartaná a komoly érdeklődőket: a cég 2021 végéig 110 millió dollárt gyűjtött össze olyan befektetőktől, mint a Kleiner Perkins, a Google Ventures, az Airbus Ventures, a Catapult Ventures, a Lauder Partners és a McKinley Capital. Idén áprilisban az amerikai űrkutatási hivatallal is együttműködési szerződést kötöttek a Space Act Agreement keretében, amiben például Jeff Bezos Blue Origin cége is részt vesz. A NASA még ebben az évben tesztelni szeretné az A-33 szuborbitális gyorsítót, hogy lássák, működőképes-e az ötlet és be lehet-e vonni az űrhivatal kereskedelmi partnerségi programjába.

Olcsó és környezetbarát

Joggal kérdezhetik, hogy mi a pláne a parittyás kilövésben a jól bevált rakétákhoz képest? Nos, a SpinLaunch a LEO szegmensben minden korábbinál takarékosabb, olcsóbb lehet, mint a jelenlegi szolgáltatók, ideértve a rendkívül kiforrottan működő SpaceX-et, visszatérő rakétáival együtt.

A SpinLaunch rendszere úgymond fenekestül felforgatja a rakétaegyenletet. A hagyományos rakéták nagyméretű, jellemzően több hajtóművel ellátott gyorsítórakétát használnak a felemelkedéshez. Ez azt jelenti, hogy a rakéta tömegének nagy részét a felszálláskor az üzemanyag teszi ki, és a teljes tömegnek csak kis százaléka áll rendelkezésre a hasznos teher szállítására. A SpinLaunch a fixen telepített elektromos parittya/centrifuga révén kiiktatja az egyenletből az elégetett üzemanyagot, ezzel sokkal olcsóbbá, és nem utolsó sorban fenntarthatóbbá, környezetbarátabbá is téve a műholdak fellövését. A 200 kilogramm hasznos terhet űrbe juttatni képes hiperszonikus lövedék újrahasznosíthatóságán is dolgoznak, ami további költségcsökkentést tesz lehetővé. Van még egy igazán fontos szempont is: a hagyományos rakéták föllövésekor irtózatos mennyiségű vizet használnak fel a fülsiketítő zajjal működő hajtóművek által keltett káros vibrációk elnyomására, a rakétát megrongálni képes akusztikus energiák elnyeletésére. Egy-egy rakétastart alatt több ezer köbméter víz válik gőzzé, míg a SpinLaunch kilövőjénél ilyen nincs: a rendszer szinte zaj nélkül, csupán egy kisebb hangrobbanás kíséretében köpi az ég felé a lövedéket. Mindezeket figyelembe véve akár 70 százalékkal is képes lehet csökkenteni az egyes fellövések költségeit az új módszer.

Így nézhet majd ki a tengerparti kilövőállás – Kép: SpinLaunch/YouTube

A SpinLaunch azt tervezi, hogy havonta egy-két repülési tesztet hajt végre, minden alkalommal gyorsabban és magasabbra repülve, vagy más hasznos terhet tesztelve. A vállalat azt is tervezi, hogy ezeken a teszteken egyre fejlettebb kamerákat használnak majd, és olyan adatokat rögzítenek, amelyek újabb igazolásokat nyújthatnak a koncepció helyességére. 

Amennyiben az új-mexikói tesztek sikerrel zárulnak, és az 1:3 arányú kilövőmodell életképesnek bizonyul, akkor a SpinLaunch egy tengerparti startállást építve vág bele a parittyás műholdbizniszbe.

Nyitókép: SpinLaunch/YouTube

#tudomány-tech#űrhajózás#űrkutatás#műhold#spinlaunch#tudomány#ma

Címlapról ajánljuk