Jövőre lesz 70 éve annak, hogy megindult az űr meghódításáért folyó verseny legizgalmasabb fejezete. Azzal, hogy 1957. október 4-én a Szovjetunió Föld körüli pályára állította a Szputnyik–1-et, olyan technológiai presztízsharcot indított el, amelynek következő fontos állomásaként ember lépett a Hold felszínére.
A hidegháborús időszak ugyan a Szovjetunió összeomlásával véget ért, az űrért folytatott versengés egyre csak kiéleződött. Oroszország ugyan ma már jóval kisebb tényező ezen a téren, mint 1990 előtt volt, az Egyesült Államok és Kína egymásra licitálva igyekeznek előnybe kerülni.
Az elsődleges cél jelenleg a Hold meghódítása, az égitest erőforrásainak kiaknázása ugyanis tudományos és üzleti szempontból is rendkívül kecsegtető. A számítások szerint a Hold déli pólusánál rengeteg vízjég lehet, amit a holdbázis fenntartására, valamint a rakéták üzemanyagaként is fel lehetne használni. Igaz, egy friss vizsgálat eredménye árnyalja a vízjég mennyiségére vonatkozó állítást.
https://hvg.hu/tudomany/20260325_viz-a-holdon-kutatas-jeg-keresese-eredmenytelenul-holdbazis
Egy másik erőforrás, ami a számítások szerint bőségesen megtalálható a Holdon, az a hélium-3. Ez a hélium egy izotópja, amit a Nap a benne zajló fúziós folyamatok során termel, ám a Földre a napszél nem tudja elhozni az anyagot, mert a magnetoszféra blokkolja azt. A hélium-3 kulcsfontosságú lehet például a nukleáris fúzióban is, ami lényegében korlátlan energiát jelente az emberiség számára.
Ahhoz azonban, hogy idáig eljusson az emberiség, egy igen komoly problémát is meg kellene megoldaniuk a mérnököknek: a stabil és folyamatos energiaellátást. Ez nemcsak a Holddal kapcsolatos tervek, de általában véve a hosszú távú űrutazás számára is alapvető fontosságú, enélkül ugyanis nemcsak az a kérdés, hogy miként juthat el az ember a Marsig, hanem az is, hogy egyáltalán miként maradhat életben hosszú távon az űrben.
A kutatók többféle megoldásban is gondolkodnak, amelyek segíthetnek megteremteni az űrbéli enbergiabiztonságot a küldetések végrehajtásához.
Napelemek
Az egyik legalapvetőbb megoldást ezen a téren a napelemek jelentik. A technológia már bizonyított: rengeteg műhold, valamint a Nemzetközi Űrállomás is használja a paneleket, hogy folyamatos legyen az energiaellátása.
A földi felhasználással ellentétben a panelek a megfelelő pozíciót felvéve a nap 24 órájában, a hét minden napján termelik az energiát, ami igen komoly hatékonyságot jelent. Nem véletlen, hogy az Egyesült Államok, Kína, Japán és Európa is olyan erőmű kifejlesztését tervezi, ami képes energiát sugározni a Földre.
Kínai naperőmű fantáziarajza.
HVG / ChatGPT
A megoldásnak azonban vannak hátrányai is. A paneleket roncsolhatják a mikrometeorok, vagy akár az űrszemét is, a javításuk, míg a Föld védő légkörének hiánya miatt intenzívebb sugárzás éri őket, ami a termelési hatékonyságuk gyors csökkenéséhez vezethet – értekezett a problémáról Jovana Radulovic, a Portsmouth-i Egyetem kutatója a The Conversationön megjelent cikkében.
Ha mindez nem lenne elég, egy további problémával is számolni kell: minél távolabb van egy panel a Naptól, a fény csökkenése miatt annál kevesebb energiát tud előállítani. Márpedig ha a cél a Mars-utazás, vagy a távolabbi égitestek elérése, akkor nem lehet csak egy ilyen rendszerre támaszkodni az energia biztosítására, és más megoldásokat is kell alkalmazni.
Radioaktivitásból áramot
Itt jön képbe egy másik, már kipróbált technológia: a radioizotópos termoelektromos generátor (Radioisotope Thermoelectric Generator, RTG). Ez egy olyan eszköz, amely a radioaktív izotópok természetes bomlásából származó hőt hasznosítja – a Seebeck-hatás segítségével elektromos árammá alakítja.
Thomas Johann Seebeck német fizikus még 1821-ben írta le azt a jelenséget, amit később róla neveztek el: amikor két különböző fémet két helyen összekapcsolt úgy, hogy a kapcsolódási pontok különböző hőmérsékletűek, a kapcsolódási pontok között elektromos feszültség keletkezett.
Az RTG-k a plutónium 238-as izotópját használják üzemanyagként. Ez egy radioaktív izotóp, amely elsősorban magas hőkibocsátásáról ismert. Ez tökéletesen megfelel az űrkutatás számára, mivel a mikrogravitációs környezet alacsony hőmérséklete lehetővé teszi, hogy nagy legyen a hőkülönbség az összekapcsolt fémek között, így pedig elektromos áram termelődjön.
Voyager-2 űrszonda fedélzetén is egy RTG dolgozik.
NASA
Az elmúlt évtizedekben a NASA számos űrszondáján használta ezt a technológiát, ilyet taláni például a Voyager–1 és a Voyager–2 űrszondák fedélzetén is. Mindez azt mutatja, hogy a megoldás kiállta az idő próbáját: a két szerkezet 1977-ben indult útnak, és a mai napig működnek. Igaz, az üzemanyaguk néhány éven belül ki fog fogyni, és végleg elhallgatnak majd. De ugyanilyen RTG-t használ például a New Horizons nevű űrszonda is, ami 2006-ban indult útnak, 2015-ben pedig már a Plutó mellett is elhaladt. Ennek teljesítménye az indításkor 240 watt volt. Jelenleg a Kuiper-öv objektumait tanulmányozza, miközben az energiaellátása még mindig megfelelő.
Az RTG egy változata a Curiosity Mars-járón is megtalálható, ami jól mutatja, hogy nemcsak a világűrben, de egy égitest felszínén is segítheti az energiaellátást.
Levegőt!
Az űrbéli energiatermelést nemcsak a mélyűri küldetések során kell megoldani, hanem a Föld közvetlen közelében is. A bolygó környezete zsúfolásig megtelt már űrszeméttel, ami jelentős mértékben nehezíti a küldetések indítását, és nagyon sok olyan műhold is kering a Föld körül, amelyekből szintén űrszemét lehet, ha kifogy az üzemanyaguk.
Ezt a problémát orvosolná egy német vállalat, a TransMIT, amely egy különleges megoldással állt elő. Ez lett az air-breathing electric propulsion, vagyis az ABEP, amelynek lényege, hogy a műholdak a levegő beáramlásával termelnének üzemanyagot maguknak.
Milyen levegő van az űrben? – hangozhat a jogos kérdés, amire természetesen a válasz az, hogy semmilyen. Ám azon a pályán, ahol a műholdak keringenek, még van egy rendkívül ritka légkör, a rendszer pedig ezeket a részecskéket gyűjtené be. Ezután jön az ionizáció, végül pedig a kifújás, így lenne elég tolóerő ahhoz, hogy pályán maradjanak.
https://hvg.hu/tudomany/20260327_muhold-uzemanyaga-legkor-ionizalas
A folyamat rendkívül előnyös, így ugyanis nincs szükség a fedélzeti üzemanyagra, ezáltal csökken az indítási tömeg, a működése pedig korlátlan lehet addig, amíg a légköri részecskék rendelkezésre állnak. Mivel egyelőre csak papíron létezik a projekt, így a konkrét kiaknázhatóságára legjobb esetben is hosszú éveket kell várni.
Melyik a jó választás?
Jelenleg nincs olyan megoldás, ami korlátlan ideig bocsátana rendelkezésre energiát az űrben, így a mérnököknek is azzal kell számolniuk, hogy azt folyamatosan pótolni kell, és előbb-utóbb elfogy az előállításhoz szükséges üzemanyag.
Szintén fontos szempont, hogy ha egy energiatermelő egység feladja a szolgálatot, akkor nem lehet csak úgy megszerelni azt az űrben. Márpedig a meghibásodása komoly veszélyt jelent a küldetések és az űrhajósok számára.
Éppen ezért a mérnököknek fel kell készülniük arra, hogy egyszerre több technológiát is alkalmazznak az áramtermelésre, így biztosítva be a megfelelő energiaellátást.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának Facebook-oldalát.
