Az megvan amikor a Nasa a marsi űrhajót a világűrben akarta megépíteni?

A NASA egyik grandiózus marsi missziójának terve..

 

Művészi elképzelés egy emberi küldetésről a Mars felszínén. Les Bossinas 1989-es festménye a NASA űrhajójáról.

Mi is volt ez pontosan.A Boeing 1991-es tanulmányának egyik koncepciója egy Mars-küldetésre szánt űrhajó. Technológiailag ez volt a legkonzervatívabb az általuk javasolt lehetséges járművek közül, mivel teljes mértékben kriogén meghajtásra támaszkodott, de ennek ellentételezéseként a küldetés profilja hajmeresztő volt, beleértve egy kemény fékező manővert a Marsnál.

1989-ben az Egyesült Államok akkori elnöke, George H. W. Bush javaslatot tett arra, hogy (többek között) űrhajósokat küldjenek a Marsra. Bár a NASA már az Apollo-11 előtt is mindig naprakészen tartotta a Marsra vonatkozó "vészhelyzeti" terveit,és ez volt azon kevés alkalmak egyike, amikor egy ideig úgy tűnt, hogy a terveket valóban meg is tudják valósítani. 1989-ben elkészítettek egy stratégiai tervet, amelyet nem hivatalosan "90 napos tanulmány" néven ismertek, majd különböző "vállalkozókat" bíztak meg a különböző célok megvalósításával.

Az STCAEM-CAB marsi űrjármű vázlata. A kettős pajzsokra (a lapát alakú szerkezetekre) a Mars körüli pályához való fékezésnél volt szükség.A MEV és az MTV a Marssal való találkozás előtt szétváltak,és külön-külön hajtották végre az alacsony Mars körüli pályára álláshoz szükséges aerobrake manővert majd a Mars körüli pályára álltak, és a Vörös Bolygó felett találkoztak és újra dokkoltak.

Az egyik ilyen cél az volt, hogy "megbízhatóan szállítsanak "rakományt" a Hold és a Mars felszínére, és biztonságosan juttassanak el  embereket ezekre a helyekre és vissza". A Boeing volt az a vállalat, amely elsősorban ezzel foglalkozott, és 1989-ben készítette el az első tanulmányt, majd 1991-92-ben kibővítette azt. A későbbi tanulmány 1. fázisában a NASA számára a személyzetes Mars-missziók több különböző megközelítésének előnyeit és hátrányait dolgozták fel, amelyek közül a NASA választhatott, és amelyek többsége újszerű meghajtási rendszereket, például nukleáris rakétákat és napenergiával működő ionhajtóműveket tartalmazott.

Egy másik, Űrsiklóból "származó" hordozórakéta (nem a Shuttle-Z), amelyet bájosan "Ninja Turtle" konfigurációnak neveztek - az STCAEM-CAB két "pajzsát" szállította a Földről a Freedomhoz. 


Az egyik verzió azonban hagyományosabb megközelítést alkalmazott és szorosan követte a NASA saját missziós koncepcióját, és ezt az elképzelést mutatták be először az 1. fázisú végleges tanulmányukban. Az összes marsi űrhajót összefoglaló tanulmányt (ügyetlen nevével), a Space Transfer Concepts and Analyses for Exploration Missions/Űrtranszfer koncepciók és elemzések a felderítő küldetésekhez (STCAEM) névvel illették, és a meghajtási módjuk szerint különböztették meg őket. Az első űrhajó ennek megfelelően az STCAEM-CAB volt, az utolsó betűk a "cryogenic/aerobraking" (kriogén/aerobraking) szót jelentették.

Ez a Mars-küldetés szilárdan az egész Űrkutatási Kezdeményezés kontextusába illeszkedett, nem utolsósorban azért, mert a szóban forgó jármű 801 tonnás volt. Egyetlen elképzelhető rakéta sem tudta volna egy darabban felemelni, ezért a SEI Freedom űrállomása szolgált bázisként a hatalmas űrhajó űrben történő összeszereléséhez.

Egy Hold-bázist is terveztek, amely két célt is szolgált : egyrészt a különböző technológiák tesztelésére, másrészt pedig egy szándékosan elszigetelt lakómodul elhelyezésére használták volna, amely egy hosszú Mars-missziót szimulált  anélkül, hogy elhagyta volna a Föld-Hold rendszer közvetlen közelségét.

Az úgynevezett Shuttle-Z (az űrsikló egy olyan változata, amelyben az űrsiklót teljesen átalakították,olyan módon,hogy csak a főhajtóművek, a gyorsítórakéták és az ikonikus narancssárga "tartály"maradt meg,hogy 87,5 tonna hasznos teherrel tudjon küldetésre indulni) segítségével nyolc utat tettek volna a Freedomhoz az űrhajó különböző alkatrészeivel. Az összeszerelés után az STCAEM-CAB több részből állt volna, amelyek közül a legnagyobb a Trans-Mars Injection Stage (TMIS) lenne 545,5 tonnával. A négy hajtóműves TMIS folyékony hidrogénnel és folyékony oxigénnel, azaz a nevében már említett kriogénnel üzemelt volna. A Boeing számos küldetést megvizsgált, és arra a következtetésre jutott, hogy a viszonylag kevésbé hatékony kriogén hajtóanyagok akkor működnének a legjobban, amikor a Mars "szemben áll", ami még így is egy 580 napos küldetést jelentett volna

A MEV oldalsó és elülső nézetei a légfék(pajzsok) leválása és a Marsra szállás után.

A Marsra irányuló küldetések gyakran tartalmaznak furcsa megoldásokat a terveikben,azzal a céllal, hogy csökkentsék a megvalósításukhoz szükséges hajtóanyag mennyiségét; az Integrált Programterv küldetése például a Marsnál az ellipszis alakú pályával számolt, ami miatt a leszállóegység nagyobb sebességgel kezdte meg a Mars felszínére való leereszkedést - mivel úgy gondolták,hogy jobb a viszonylag kis MEV-et lelassítani, mint az egész bolygóközi űrhajót. Az STCAEM-CAB esetében azonban ez a  "trükk" elég rendhagyó volt ahhoz, hogy említést érdemeljen. A Mars felé tartó út nagy részében az űrhajó két másik fő komponense, a Mars Excursion Vehicle (MEV) és a Mars Transfer Vehicle (MTV) dokkolva volt, és a kettő között egy kis átvezető alagút volt. Ebben a konfigurációban a négy űrhajósból álló legénység lakóhelyéül az MTV szolgálna,és az MTV legénységi modulja 7,6x 9 méteres lenne. Így minden űrhajósnak körülbelül 50 köbméternyi lakhelye lenne, és további 50 köbméteren osztozhatna mindenki az MEV-ben, legalábbis a Mars felé menet. Ötven nappal a Mars előtt azonban a két űrhajó szétválna (a legénység az MTV-ben maradna, amely képes lenne visszavinni őket a Földre),és a Mars körüli pályára állt volna a marsi pályára álláshoz az aerobrake "manővert" alkalmazták volna.

(Az aerofékezés olyan űrrepülési manőver, amely az ellipszis alakú pálya magas pontját (apopszis) csökkenti azáltal, hogy a jármű a pálya alacsony pontján (periapszis) repül át a légkörön. A keletkező légellenállás lelassítja az űrhajót. Az aerofékezést akkor alkalmazzák, ha egy űreszköznek alacsony pályára kell állnia, miután légkörrel rendelkező égitesthez érkezett, és ennek a módszernek az az előnye,hogy  kevesebb üzemanyagot igényel, mint a rakétahajtómű közvetlen használata a pályára álláshoz.)

Azért hogy ezzel egy Mars körüli alacsony pályára álljanak  és a legközelebbi megközelítéskor mindketten beleereszkedjenek a Mars légkörébe, és a saját pajzsaik védelmében lelassulhassanak.A metódus ezt követően a következő lett volna 24 órával az MTV és a legénység előtt a MEV fékezne először, így a küldetésirányításnak lehetősége lenne közelről megfigyelni a Marsot, és eldönteni, hogy biztonságos-e a második fékező manőver.

Ennek a megközelítésnek az az előnye, hogy a fékezésre használt "pajzsokat" kisebbre lehetett építeni, mivel még egy ilyen koncepció esetén is ezek a "pajzsok" megközelítették egy űrsikló hosszát 30 méter, szemben az űrsikló 37,2 méterével.

Az MTV közelebbről, amely egyedül tenné meg a Marsról való visszautat a legénységgel a fedélzeten. A fékezésre szolgáló "pajzs" is megtenné az utat, mivel az űrhajó a Föld körüli pályát aerobrake manőverrel érné el.

Miután mindkét modul végrehajtotta a fékezési manővert  és pályára állt, ismét dokkoltak volna, a legénység átszállt volna a MEV-be, majd leereszkedtek volna a felszínre.

 A koncepció szerint az űrhajósok 30 napig maradtak volna a Marson, majd a MEV egy részegysége (a harmadik és legfelső kör az ábrázolt MEV-képen, ) ismét elhagyja a Mars felszínét, hogy dokkoljon az MTV-vel. Ez pedig visszavinné őket a Mars körüli pályáról a Földre, ahol ismét lefékeznék őket, hogy némi sebességet veszítsenek, és Föld körüli pályára álljanak. A legénység végül egy 3,9 méter széles és 2,7 méter magas, Apollo-szerű kapszulába szállna be, hogy visszatérjen a földre és valahol az óceánba landoljanak. Volt olyan elképzelés,hogy az MTV a Föld körüli pályán maradna, és egy újabb útra felújítanák.

Boeing három különböző módon ütemezte be az első Mars-küldetés indítását. Az egyik egy "Minimális program" volt, amely nem volt többre hivatott, mint a 90 napos tanulmányban kitűzött célok teljesítésére, a másik egy "Teljes tudományos program", míg az utolsó egy  "Iparosítási és letelepedési program" volt. Ez utóbbi program célkitűzése szerint 2009-re már megvalósult volna a marsi küldetés és 2024-re 24 lakosú állandó marsi bázist irányzott elő, néhány űrhajós pedig évekig a Marson tartózkodott volna. A tudományorientált program ütemterve szerint 2010 végére hajtották volna végre a programot, itt egy négyfős állandó holdi bázist valósult volna meg (a letelepedési terv 30 fővel számolt!), viszont a marsi bázis ebben a változatban csak egy időszakosan lakott, hat űrhajósból álló bázis lett volna. A minimális opció szerint az első Marsra-leszállás, 2016-ban valósult volna meg. De ebben a verzióban nem volt szó sem állandó marsi, sem állandó holdi bázis bázisról sem. Ami az egyes programok költségeit illeti, a Boeing különböző grafikonokat mellékelt, de csak egy számot közölt, az ipari és letelepedési programra vonatkozóan ennek teljes költsége 2001-től 2036-ig 100 milliárd dollár lett volna, a csúcs év 19 milliárd dollár lett volna 2020-ban.

STCAM-CAB Freedom űrállomás

 Miért nem valósult meg a program? Először is ennek az oka a "100 milliárd dollár... a 2020-as 19 milliárd dolláros csúcsértékkel".A Bush-kormányzat nyilvánvalóan nagyon lelkesen a "Kennedy-pillanat" saját verzióját kereste,amikor bejelentette az űrkutatási kezdeményezést,viszont nem volt annyira lelkes amikor meglátta a program költségeit .És ha ezt a kongresszus rendkívüli ellenségességével párosítjuk, akkor a Mars-küldetés már a kezdetektől fogva bajban volt. A program bukásában a NASA-nak is volt szerepe, amikor olyan grandiózus terveket javasolt, amelyben egy 800 tonnás marsi űrhajó, a teljes Freedom űrállomás és egy állandó holdbázis is szerepelt, és gyakorlatilag ez vezetett a Dan Goldin vezette "gyorsabb, jobb, olcsóbb" korszakhoz  (amelynek megvoltak a maga problémái, de ez egy másik történet). A Boeing még az 1. fázisban  megpróbálta meghatározni a beruházások megtérülését és egyéb elemeket így a költségek miatti aggodalmuk némileg átjön a tanulmányból.Érdekességképpen ez a költségelemzés magában foglal egy nem túl hízelgő összehasonlítást az alaszkai olajvezeték fejlesztésével és a Szuezi-csatorna lezárása idején a szuper tankerekbe történő beruházással kapcsolatban.

Ami a STCAEM-CAB-ot illeti, ez a program is a  "a legtöbb körülmények között jó, de soha nem a legjobb megoldás volt" jelenségtől "szenvedett". A Boeing a nukleáris termikus rakéta változatot részesítette előnyben, és a tanulmány 1. fázisától kezdve erre összpontosított, annak ellenére, hogy Goldin akkor már másfél éve volt a NASA igazgatója, és amikor a projektre vonatkozó végső munkájuk befejeződött,az NTR-változat a NASA új irányultságának köszönhetően  nem valósult meg, és a CAB már akkor esélytelen volt a megvalósításra.

Végső soron azonban ez a program is ugyanabban a problémában "szenvedett", mint az Integrált Programterv Mars-küldetése a 70-es évek elejéről. Létezett de csak a nagy programok hosszú sora mellett, és a rendelkezésre álló erőforrások miatt még a nagy programok közül is kevés valósult meg.

 Forrás:astronautix.com,false steps.Naqsa