Az űrkutatás igáslova

Úgy tűnik, az utóbbi időben nemcsak a NASA, hanem az Európai Űrkutatási Hivatal (ESA)programjait is balszerencse kíséri. A múlt szombaton indult „utolsó útjára” az ESA Ariane–4 típusú hordozórakétája, ám utódja, az Ariane–5 eddigi teljesítménye nem túl meggyőző: a bizonytalanságok miatt súlyos késedelmet szenvedett az űrhivatal üstököskutató Rosetta programja, a műszaki hibák és rossz pályára állított műholdak pedig bizalmatlanságot szülnek a megrendelők körében.

Január második felében kellett volna útnak indítani a Rosetta űrszondáját, ám az Ariane–5 hordozórakéta egy korábbi indítása decemberben balul ütött ki, és az ezt követő vizsgálat nem tisztázta megnyugtatóan a kudarc okait. Ezért a hordozórakétákat üzemeltető Arianespace cég nem vállalta a kockázatot, az indítás elmaradt. Emiatt a Rosetta szondának új célpontot vagy legalábbis új útvonalat kell találni, ami évekkel visszavetheti a programot. Az Ariane–5 decemberi kudarca, amikor a meghibásodott rakétát a levegőben meg kellett semmisíteni, csak az utolsó volt azok közül, amelyek elbizonytalaníthatják mind a szakembereket, mind a műholdak pályára állítását megrendelő cégeket: 14 startból két rakéta robbant fel, kettő pedig hibás pályára állította a magával vitt műholdakat.
Az ESA eddigi legsikeresebb hordozórakétája, az Ariane–4 a múlt héten startolt utoljára: a nyugállományba vonuló rakéta sikeresen pályára állított egy távközlési műholdat. A generációváltás kapcsán talán érdemes egy pillantást vetni az európai hordozórakéta-programra.
Az Európai Űrkutatási Hivatal 1973 decemberében kezdte meg első hordozórakétájának fejlesztését. Azóta a pályára állítandó műholdak sokkal bonyolultabbak, nagyobb tömegűek lettek, tehát egyre nagyobb teljesítményű hordozórakétákra lett szükség. Ugyanakkor megmaradt az igény a kisebb mesterséges holdak indítására is, amelyekből esetleg egyszerre több is elhelyezhető a nagyobb rakéták orrában. Az igényekhez alkalmazkodva fejlesztették ki az Ariane hordozórakéta-családot. Így a különböző feladatokhoz mindig a legalkalmasabb teljesítményű rakéta használható, ezzel pedig optimalizálni lehet a költségeket.
Az első Ariane rakéta 1979 karácsonyán emelkedett a magasba Európa űrrepülőteréről, amelyet a francia guyanai Kourouban létesítettek. Az Ariane–1 egyszerre két távközlési műhold pályára állítására volt alkalmas. Tizenegy sikeres indítás után 1986-ban adta át helyét nagyobb teljesítményű testvéreinek.
Az Ariane–2 és Ariane–3 rakéták a nyolcvanas évek második felében öt, illetve tizenegy sikeres indítást mondhattak magukénak. Az 1,7 tonna teher pályára állításához elegendő teljesítményű Ariane–3 rakéta első fokozatának oldalán már megjelentek a teljesítményt növelő kis gyorsítórakéták, amelyek szilárd és folyékony hajtóanyagú változatban egyaránt alkalmazhatók voltak, így a rakéta sokoldalúbbá vált.
A család legsikeresebb tagjának az Ariane–4 bizonyult, amelyet méltán neveztek „igáslónak”. Első startjára 1988. június 15-én került sor, az utolsóra múlt szombaton, miután az indítást három nappal elhalasztották. Ezt követően az Ariane–4 végleg átadja a helyét nagyobb testvérének. Másfél évtized alatt a rakéták több mint száz alkalommal emelték hasznos terhüket a világűrbe. Természetesen nemcsak távközlési, hanem a Földet megfigyelő vagy tudományos célú műholdak is előfordultak „utasaik” között.
Az Ariane–4 sikerét rendkívüli sokoldalúságának köszönhette. A pályára küldendő műhold tömegétől, illetve a pálya méretétől függően az első fokozatot két vagy négy szilárd vagy folyékony hajtóanyagú gyorsítórakétával lehetett kiegészíteni. Ezek számától és fajtájától függően a rakéta két és 4,8 tonna közötti tömegű műholdakat tudott a geoszinkron pálya felé vezető úgynevezett átmeneti pályára állítani. Az Ariane–4 a világ hordozórakéta-piacán sikeresen vette fel a versenyt orosz, ukrán, kínai és egyéb gyártmányú versenytársaival, hiszen a piac 50 százalékát meg tudta szerezni.
A versenyképesség megőrzéséhez azonban még nagyobb teljesítményű rakétára volt szükség, ezért a kilencvenes években kifejlesztették az Ariane–5 sorozat alapváltozatát. A rakéta egy sikertelen (1996) és két sikeres kísérleti startját követően 1999 decemberében indították el első kereskedelmi célú útjára. Ekkor az ESA Newton nevű röntgencsillagászati műholdját állították pályára.
Az Ariane–5 rakéta alapváltozata 51,6 méter magas. A rakéta kétfokozatú, de az első fokozatot kétoldalt két szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta egészíti ki. A 30 méter magas első fokozat 5,4 méter átmérőjű, tömege 167 tonna, amelynek legnagyobb része – 155 tonna – az üzemanyag és az ennek elégetéséhez szükséges oxidálószer. Ezt a hatalmas mennyiséget a rakéta alig több mint tíz perc alatt égeti el. A két gyorsítórakéta mindegyike 265 tonnás, a bennük lévő 230 tonna üzemanyag 125 másodperc alatt ég el. A rakéták átmérője három, magasságuk harminc méter.
A második fokozat hét tonna üzemanyagot éget el csaknem negyedóra alatt. Ennek eredményeképpen emeli a hasznos terhet alacsony (200–300 kilométer magas) Föld körüli pályára, miközben az első kozmikus sebességre, 7,9 kilométer/szekundumra gyorsítja fel a pályára állítandó műholdakat. Szükség esetén innen további hajtóművek beindításával, bonyolult manőverekkel érhetik el az egyes műholdak a 36 ezer kilométer magas úgynevezett geoszinkron pályát.
Eközben folyt az Ariane–5 nagyobb teljesítményű változatainak fejlesztése is. A tíztonnás változat a múlt év végére készült el, ezzel tíz tonna tömegű műholdakat lehet geoszinkron átmeneti pályára állítani (ahonnan a műholdak már saját hajtóművükkel érik el a geoszinkron pálya számukra kijelölt pozícióját). Várhatóan 2006-ra készül el a tovább módosított, 11–12 tonna teherbírású változat. Nos, a tíztonnás változat tavaly novemberben startolt volna, akkor azonban a visszaszámlálást az utolsó pillanatokban le kellett állítani. Úgy tűnt, hogy a hibát kijavították, ezért az óriásrakéta december 11-én magasba emelkedett a kouroui űrrepülőtérről. Amikor azonban elérte a mintegy 120 kilométer magasságot, a hajtómű utolsó fokozatában hiba lépett fel, és a rakéta a szállított két műholddal együtt az Atlanti-óceánba zuhant.
A sikertelen start után az ESA illetékesei először bizakodóan nyilatkoztak a Rosetta januárra kitűzött startját illetően, hiszen ahhoz az Ariane–5 alapváltozatát használták volna. Később azonban kiderült, hogy a decemberi kudarc miatt gyanúsítható alkatrészek némelyikét az alapváltozatban is használják, ezért az Arianespace és az ESA képviselői január közepén, a Rosetta „indítási ablakának” megnyílásakor meghozták súlyos döntésüket, és bizonytalan időre elhalasztották a szonda startját. Ez tetemesen visszaveti az üstököskutató programot.
A halasztás mellett szólt az is, hogy a szituáció elemzésekor kiderült, éles helyzetben még soha nem próbálták ki, miként viselkedik az Ariane–5 utolsó fokozatának hajtóműve a súlytalanságban történő újraindításkor. Kiderült, hogy eddig még nem ellenőrizték a hajtóanyag elhelyezkedését az üzemanyagtartályon belül, ami szerencsétlen esetben lehetetlenné teheti az újraindítást. Márpedig a Rosetta esetében ez a manőver óriási jelentőségű, hiszen a szondának előbb Föld körüli pályára kell állnia, majd innen indul tovább bonyolult bolygóközi útjára.
A decemberi kudarc okainak kivizsgálására felállított bizottság megállapította, hogy a visszaszámlálás közben és a rakéta emelkedésének első szakaszában, egészen a gyorsítórakéták leválásáig minden rendben működött. Akkor azonban a Vulcain–2 hajtómű hűtőrendszerében szivárgás lépett fel. Ez a hajtómű kritikus mértékű túlhevülését okozta, ami végső soron a rakéta elvesztéséhez vezetett. Külön kitért a bizottság arra, hogy az Ariane–5 alapváltozatában használt Vulcain–1 hajtómű 12 sikeres repülése során a repülési adatok nem mutattak semmilyen hasonló hibára utaló jelet, mégis felkérte a gyártót a régebbi hajtómű tüzetes átvizsgálására és a lehetséges hibák modellezésére. Ez a munka folyamatban van, az Arianespace bizakodó, és a szolgáltatás folyamatosságának fenntartása érdekében máris újabb tíz példányt rendelt a gyártótól az Ariane–5 alapváltozatából.
A Vulcain hajtóművek elődeinek fejlesztése 1957 óta folyik. A fejlesztés eredményességére jellemző, hogy míg az 1964-es prototípus tolóereje egy tonna volt, az Ariane–4 rakétában használt változaté tíz tonna, a Vulcain tolóereje meghaladja a száz tonnát. A hajtóműbe –251 Celsius-fokos folyékony hidrogént és –184 Celsius-fokos folyékony oxigént pumpálnak. A feladat nehézségét érzékelteti, hogy a szivattyúktól 50 centiméter távolságra, a hajtómű égésterében 1500 Celsius-fokos hőmérséklet uralkodik. Az oxigént az égéstérbe nyomó turbószivattyú percenként 13 610 fordulatszámon, 3,65 megawatt teljesítménnyel működik, a hidrogénszivattyú pedig 34 ezres percenkénti fordulatszámmal, 12 megawatt teljesítménnyel dolgozik.
Bár a műholdak egyre nagyobbak lesznek, megmaradt az igény a kicsik pályára állítására is. Erre a kihívásra 1998-ban az ESA tagországai a Vega hordozórakéta fejlesztésének megindításával válaszoltak. A 128 tonnás, 27 méter magas és három méter átmérőjű Vega 300–2000 kilogramm közötti tömegű kisműholdak pályára állítására lesz alkalmas, első startja 2005 körül várható, az Ariane család többi tagjához hasonlóan szintén Kourouból. A Vega három szilárd hajtóanyagú rakétafokozatból épül fel, amelyek tetején a végső pálya finom beállítására alkalmas, folyékony hajtóanyagú fokozat helyezkedik el.
A nagy rakéták terén az európai fejlesztési munkák két irányban haladnak. Egyrészt megpróbálnak olyan hajtóművet kifejleszteni, amelyik az üzemanyag elégetéséhez – legalább a repülés elején – a légkör oxigénjét használja. Ezzel jelentős megtakarítást lehetne elérni az indítási tömegben, hiszen a mostani hajtóművekhez az üzemanyagon kívül az oxidálószert – általában folyékony oxigént – is a rakétának kell magával vinnie. Emellett folyik egy többször felhasználható rakéta – vagy első lépésként legalább egy többször felhasználható fokozat – fejlesztése, ami ugyancsak gazdaságosabbá, így versenyképesebbé tehetné az európai hordozórakétákat. Erre pedig nagy szükség van, mert az Ariane–5 problémái a versenytársak malmára hajtják a vizet. A Lockheed Martin Atlas–5 és a Boeing Delta–4 rakétája átcsábíthatja Európából a megrendelőket, akiknek óvatosságát a Columbia űrsikló minapi katasztrófája minden bizonnyal fokozza majd.
A szerző a Magyar Űrkutatási Iroda igazgatója