Hűtőgép mehet a pokolba

A NASA nyolc űrszondajavaslat közül kiválasztotta azt a hármat, amelyek terveit idén részletesen kidolgozhatják a fejlesztők. Egészen különleges űreszközökről van szó: az egyik a Vénusz forró felszínére ereszkedne le, és ott minden eddiginél tovább bírná a hőséget. A másik a Hold legnagyobb kráterében landolna, a sötét oldalon, ahol még nem jártunk. A harmadik pedig végrehajtaná azt, ami eddig senkinek nem sikerült: mintát hozna egy kisbolygóról a Földre. A három tervből költségvetési okok miatt csak egy valósulhat meg.

Három új űrszonda tervét hozta nyilvánosságra a NASA 2009. december 29-én, amelyek a Vénusz, a Hold, vagy egy kisbolygó természetét tanulmányozhatják. Az izgalmas és nehéz tervek közül költségvetési okok miatt csak az egyik valósulhat meg.

A forró Vénuszon korábban landolt berendezések gyorsan tönkrementek. A legtovább az orosz Venyera-12 bírta ki az extrém viszonyokat, amely 110 percen keresztül működött a felszínen. A Hold túloldalán lévő óriáskráterben sem végeztek eddig helyszíni vizsgálatot - sőt, égi kísérőnk túloldalán nem landolt még emberkéz alkotta berendezés. A harmadik lehetőség, egy kisbolygó felszínének megmintázása szintén úttörő terület: erre eddig csak a japán Hayabusa-űrszonda tett próbát - kétes eredménnyel, egyelőre azt sem tudni, hogy az űreszköz hazatér-e bolygónkra.

A fenti három terv egyike a New Millenium program keretében valósulna meg. Az ide tartozó küldetések nem drágák, mégis alapvető eredményekkel szélesítik ismereteinket - ugyanakkor valamilyen szokatlan és izgalmas, új módszert használnak.

New Millenium program

A NASA 1994-ben hirdette meg a New Millenium programot, amelynek keretében új módszerekkel vizsgálnak égitesteket a Naprendszerben. A cél a tudományos eredmények mellett olyan technológiák kifejlesztése, amelyeket későbbi küldetések is alkalmaznak. A program keretében startolt például az ionhajtóművet használó Deep Space-1, illetve ide sorolják a sikertelen Deep Space-2 küldetést, amelynek keretében penetrátorok csapódtak a Mars sarkvidéki felszínébe - de hírt már nem adtak magukról.

A NASA mindössze egy küldetést tud támogatni a 2009-ben benyújtott nyolc űrszondajavaslat közül. Ezek közül a fenti három programot tartották a leginkább ígéretesnek, és a fejlesztők szondánként 3,3 millió dollárt kapnak, hogy 2010-ben részletesen kidolgozzák terveiket. 2011 közepén a NASA egyet választ ki közülük, amelyet még 2018 vége előtt el is indít. A küldetés ára a start költségeivel együtt nem haladhatja meg a 650 millió dollárt.

Alámerülés a forróságba

A Vénusz felszínét a földinél 100-szor sűrűbb szén-dioxid légkör üvegházhatása 450 Celsius-fokra hevíti. Évszaktól és napszaktól függetlenül tart a forróság, amitől az éjszakai sötétben a felszíni kőzetek feltehetőleg halványvörösen izzanak.

A megfigyelésre javasolt űreszköz a SAGE (Surface and Atmospheric Geochemical Explorer, felszín és légkör geokémiai felderítő) elnevezést kapta. Az utolsó, a Vénuszra leszállt felszíni egységet 25 éve indították, azóta hatalmas technikai fejlődés történt. Ennek megfelelően ma már jobban bírnák a berendezések a bolygón uralkodó extrém viszonyokat.

A Magellan-űrszonda radarmérései alapján készített, mesterségesen színezett domborzatmodell a Gula- és a Sif Mons nevű vulkánokról a Vénuszon (NASA)

A szonda ereszkedés közben a Vénusz sűrű légkörében végezné méréseit, egy órán keresztül. Végül egy vulkán lejtőjén landolna, és közel 10 centiméter mélyen a kőzetekbe fúrva elemezné az ott található anyagokat. Az extrém felszíni viszonyokat legalább három órán keresztül bírná. A felvételek készítése mellett színképi méréseket és összetétel-elemzéseket végezne. A szonda legtöbb egységét a NASA készíti, a robotkart Kanada biztosítja a programhoz.

Hűtőgép a leszállóegységben

A szonda tartós működéséhez minél tovább kell alacsonyan tartani a belső hőmérsékletet. A legtöbb elektronikus berendezés csak 400-450 Celsius-fok alatt üzemel, ennél nagyobb melegben felmondja a szolgálatot. A SAGE élettartamának növeléséhez több módszert is használnak. Egyrészt a szondának minél gyorsabban kell megérkeznie a felszínre - ezért nagyobb ejtőernyőjét még közel 50 kilométer magasan ledobja, és egy kisebb aerodinamikai fékezőegységre váltva zuhan tovább a Vénusz sűrű atmoszférájában.

A landolás utáni melegedést lassítja közel gömb alakja, amely a lehető legkisebb felületen érintkezik a forró légkörrel. Fala emellett hőszigetelő réteget is tartalmaz, amelyen a meleg lassan "szivárog" keresztül. A tervek alapján radióizotópos energiaforrás biztosítja az áramot a műszerek működéséhez és az adatok továbbításához, valamint a hűtőrendszernek, amely ameddig tudja, csökkenti a belső egységek melegedését. Mindezek együttes hatásával is csak három-négy órásra nyújtható a felszíni üzemelés időtartama.

Miért érdekes a Vénusz felszíne?

A SAGE küldetés néhány, a bolygók fejlődésével kapcsolatos alapvető kérdésre keresi a választ. A Vénusz ugyanis a Naprendszerben elfoglalt helyzetét és belső összetételét tekintve a bolygók közül a legjobban hasonlít a Földre - felszíni viszonyait illetően mégis erősen eltér a mi planétánktól.

A nagy kérdés, hogy az elméletileg hasonló kiindulási viszonyok miért eredményeztek a miénktől ennyire eltérő bolygót. Cél közelebb kerülni annak megállapításához is, előfordulhat-e gránit a Vénuszon - amely elvileg az egykori lemeztektonika és felszíni óceánok létére utalhat, mint arról korábban beszámoltunk.

Ásás egy kisbolygón

Az Osiris-Rex (Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer, eredet és színképelemző, erőforrás azonosító, regolit-felderítő) űreszköz összetett nevének megfelelően számos mérést végezne el egy primitív, szénben gazdag anyagú kisbolygón. Az ilyen égitestek a Naprendszer keletkezésének ősanyagát rejtik magukban.

Fantáziarajz az Osiris-űrszonda programjáról (NASA)

A szonda pályára állna a kisbolygó körül, egy évig vizsgálná a felszínét távérzékeléses módszerrel, majd leszállna rá. A landolás azonban nem hagyományos lenne: az érintkezés pillanatában legalább 50 gramm mintát gyűjtene be az égitestről, és máris emelkedni kezdene - a hagyományos értelemben tehát nem landolna rajta. Az így nyert anyagot végül bolygónkra juttatná.

Mintavétel egy pillanat alatt

A mintavételhez használt technológiát a szakemberek "touch and go"-nak nevezték el. Az "érint és továbbáll" módszernek több változata is van, amelyek közül még nem választották ki, melyiket alkalmaznák az űreszköznél. A fúrás azonban biztos, hogy ki van zárva (jobb oldali ábra, a panel) - ellenben például a Rosetta-űrszondával, amely apró horgonyokat lő a meglátogatott üstökösmagba, majd lerögzített állapotban fog abba belefúrni.

Mintavételi technikák

Az Osiris-Rex feltehetőleg egy hosszú, lefelé mutató rúd végén lévő szerkezettel fog mintát venni, miközben a szonda teste magasan a felszín felett van. A műveletre jelenleg a három legesélyesebb módszer az alábbi:

• golyó lövése a felszínbe, és az ettől kirepülő törmeléket egy tölcsér gyűjti össze a mintatartóba (akárcsak a Hayabusa-űrszonda esetében) (ábra: b panel),
• henger alakú edény nyomódik a felszínbe, amelynek alja gyorsan lezárul - avagy két egymás felé fordított kanál alakú szerkezet végez harapó mozdulatot a felszín elérése pillanatában (ábra: c panel),
• "légypapír módszer": egy speciális anyaggal befont tárcsát érint a szonda a felszínhez, amelybe beleragadnak a regolit szemcséi (ábra: d panel).

Mindhárom mintavételi módszernek vannak előnyei és hátrányai - ugyanakkor ha a mintavétel nem sikerül, elvileg megismételhető. A célok között szerepel még a jövőben esetleg felhasználható nyersanyagok azonosítása, valamint újabb ismeretek szerzése arról, hogy egy kisbolygó miként reagálna ár, ha megpróbálnánk eltéríteni a Földet veszélyeztető pályájáról. Az Osiris-Rex-űrszonda elkészítését a Discovery program keretében 2004-ben és 2006-ban is javasolták már, azonban annak költségvetési keretét túllépte a terv.

Landolás az óriáskráterben

A harmadik, MoonRise - azaz holdkelte - névre keresztelt program keretében egy űreszköz a Hold túloldalán, a déli sarkvidék térségében lévő hatalmas Délipólus-Aitken medence területén landolna. Ez az egyik legnagyobb becsapódásos alakzat a Naprendszerben, amelynek területén a Hold mélyen lévő kőzetanyag közvetlenül a felszínen vizsgálható. Ezt elemezné a küldetés, és hozna 1-2 kilogrammot belőle a Földre.

A legnagyobb becsapódásos medencék a Naprendszerben

Nagy becsapódásos medencék méretarányos összehasonlítása a Naprendszerben: a) Caloris-medence (Merkúr), b) Mare Orientale (Hold), c) Délipólus-Aitken-medence (Hold), d) Valhalla-medence (Callisto), e) északi síkságok területe (Mars)

A Hold túloldalán még egyetlen űrszonda sem szállt le - ennek azonban nem különösebb technikai nehézség az oka. Leszállóegységek kísérőnkön csak az emberes holdutazások előtt landoltak. Akkor gyakorlati okokból a Földről megfigyelhető féltekén történtek a leszállások. A túloldali landolás elméletben nem jelent nehézséget, azonban kommunikáció szempontjából szükséges egy átjátszóállomás is, amely a Földre továbbítja a leszállt űreszköz adatait - itt tehát kell még egy, a Hold körül keringő egység.

A MoonRise vizsgálatainak eredménye nem csak a Hold keletkezésébe, de a Föld őstörténetébe is bepillantást engedne. A Hold ugyanis a Föld és egy Mars méretű, ma már nem létező, Theianak elnevezett égitest ütközésekor született, a kirepült anyagból. A kataklizmáról sok ismeretet adhatnak a szonda mérései. Ezt a programot szintén javasolták már korábban, elsőként 2004-ben merült fel a megvalósítása.

A Vénuszon korábban nem végeztek ilyen részletes, ásással összekapcsolt mintavételt; kisbolygó-anyagot sem hozott még űrszonda a Földre; a Hold esetében pedig az orosz Luna-űrszondák is sokkal egyszerűbb fúrásos mintavételt végeztek csak korábban. Bármelyik program is valósul meg, a mintavétel helyszíne és jellege az első ilyen esemény lesz az űrkutatás története során.