A napszéllel hajózna másik világba a NASA e-vitorlása

Mi is ez a napvitorlás, és mennyi esélye van arra, hogy kilépjen a valóságba?

A NASA a mostani bejelentéstől függetlenül is aktívan keresi e technológia alkalmazási lehetőségeit. Épp most kezdenek egy nagyszabású napvitorlás-projektbe, amely mind céljait tekintve, mind a megépítendő űreszköz méretét nézve ambiciózusnak mondható. Az elképzelés szerint negyvenméteres átmérőjű „vitorlákat” (ebben a konkrét esetben inkább kábeleket) feszítenek egy szonda köré. Ezek a napszéllel érkező töltött részecskék energiáját igába hajtva fogják olyan nagy sebességre gyorsítani a szondát, hogy egy ilyen szerkezettel a mostani technológiáknál sokkalta hamarabb elérhetjük a Naprendszer határát.

A Voyager–1 űrszondának három évtizedébe tellett eljutni a Naprendszer szélére, és azóta a csillagközi térben halad tovább (gyomrában az emberiség üzenetével a szondát esetleg begyűjtő földönkívüliek számára). Persze azt nem is olyan egyszerű meghatározni, hogy hol van a Naprendszer határa. Általában azt mondják, hogy addig tart a Nap territóriuma, amíg központi csillagunk hatása (gravitációs mezeje, illetve a belőle kilövellő részecskék áramlása) erősebb, mint más csillagok hasonló hatásai. A történetünk szempontjából lényeges részecskeáramlás, vagyis a napszél a Naprendszer szélén lelassul, majd megáll, mivel egyensúly alakul ki a csillagközi térből, illetve a Napból érkező sugárzás ereje között. A Voyager–1 hivatalosan 2012. augusztus 25-én hagyta el a Naprendszert, amikor éles ugrást érzékelt a kozmikus sugárzás szintjében. Ekkor a szonda 121 csillagászati egységre (egy csillagászati egység az átlagos Nap-Föld távolság), vagyis 18 milliárd kilométerre volt a Naptól.

A NASA becslése szerint az új, napvitorlásként meghajtott űreszköz a Voyager–1-nél háromszor gyorsabban, tíz év alatt elérhet a Naprendszer szélére. Nem is „hagyományos” (ha lehet hagyományról beszélni egy kísérleti fázisban lévő technológia esetében) napvitorlás lenne, a program felelősei inkább elektrovitorlásnak nevezik. A napvitorlások általában a napszelet alkotó részecskék mozgási energiáját használják csupán. Itt pontosan leírja a lényeget a vitorlaanalógia, a mozgó részecskék lendülete úgy löki előre az űrhajót, mint a szélben mozgó gázmolekulák a tényleges hajókat.

Az elektrovitorlás egy kicsit más: vitorlái sugárirányban kifeszített, egyenként húszméteres alumínium kábelek, amelyek elektrosztatikusan taszítják a napszéllel érkező pozitívan töltött protonokat. A taszítás folytán az űrhajó némi tolóerőt nyer. Ez ugyan alig kimutatható, de hosszú idő alatt az egyes lökések ereje összeadódik, és mivel az űrben gyakorlatilag nincs súrlódás, elképesztő sebességre gyorsulhat így az űrhajó. A sebessége akár a másodpercenkénti 150 kilométert is elérheti. Ez évente harminc csillagászati egységet jelent, tehát ez az űrszonda néhány év alatt elérhet a Naprendszer bármely pontjára.

A közönséges napvitorlás a napszél gyengülése miatt csak nagyjából öt csillagászati egység távolságig képes gyorsulni a Naptól. Az elektrovitorlás viszont legalább háromszor ilyen hosszan képes növelni a sebességét. Van azonban a technológiának egy hátulütője: a napszél mindig a Nap irányából fúj. Így ezek az utazások mindig egyirányúak maradnak, az űreszközök sosem térhetnek vissza a Földre. Emberes űrutazásra tehát a napvitorlás nem igazán tűnik alkalmasnak. Persze ez a lehetőség egyébként is a beláthatatlanul távoli jövőbe veszne. A NASA most úgy számol, hogy egyelőre a földi tesztek kezdődnek, amelyek során kiderítik, hogy pontosan mekkora tolóerő nyerhető a protonok taszításából. Az űrbe talán 2025–30 között lőhetnek föl egy ilyen elven működő szondát.

Vannak azonban olyan napvitorlások, amelyek már kijutottak a kozmoszba. E meghajtás elve egyértelműen bizonyított, olyannyira, hogy a hagyományos űrhajók röppályájának tervezésekor számításba is kell venni a napszél nyomását. Például míg egy szonda elér a Marsra, több ezer kilométerrel térhet el attól a röppályától, amelyen napszél nélkül haladna. Kiszámítható, hogy ha egy nyolcszáz méter oldalhosszúságú vitorlával fogjuk fel a napszelet, akkor a tolóerő öt newton lesz (ez földi körülmények között fél kilónak felel meg). Ez nem nagy, de ahol nincs lassító erejű súrlódás, ott a legkisebb is számít.

A napszél megzabolázásának koncepciója végigkísérte az űrkutatás történetét. Már Johannes Kepler is felfigyelt az üstökösök Nappal ellentétes irányban álló csóvájára, és helyesen arra következtetett, hogy ennek oka valamiféle szélhez hasonló hatás lehet. Galileinek írott levelében felvetette, hogy egyszer majd valaki hajókat hajt ezekkel a „mennyei szelekkel”. A napvitorlás ötlete megjelent Jules Verne Utazás a holdba című regényében, és komolyan foglalkozott vele az űrkutatás legnagyobb teoretikusa, Konsztantyin Ciolkovszkij is. Az elméleti kutatások szinte az űrhajózás kezdeteivel egy időben megindultak, de a technikai nehézségek és az alulfinanszírozottság miatt mindeddig csupán néhány napvitorlást tudtak kipróbálni a világűrben.

Hat évvel ezelőtt a japán űrkutatási hivatal sikeresen tesztelte az Ikaros szondát. A terveknek megfelelően kinyíltak vitorlái, amelyek együttesen egy 14 méter oldalhosszúságú négyzetet alkotnak. A vitorlák anyaga 7,5 mikrométer vastagságú műanyag fólia, amelyet alumíniummal vontak be, és négyzetmétere mindössze tíz grammot nyom (a kis tolóerő miatt a napvitorlásoknál elsődleges a kis tömeg). Az Ikaros fél év alatt száz méter/szekundumra gyorsult, és irányítani is lehetett. Jelenleg is vitorlázik valahol a Naprendszerben.

A másik napvitorlást, amely sikeresen kibontotta vitorláit az űrben, a Carl Sagan által alapított Planetary Society bocsátotta fel 2015-ben. A LightSail névre hallgató projekt számos kudarcba fulladt próbálkozás után hozta el a rég várt sikert. A következő tesztre valószínűleg jövő márciusban fog sor kerülni. Ekkor az Elon Musk által alapított magán-űrhajózási cég, a SpaceX (amelynek rakétája épp a napokban landolt egy uszályon) új, hatalmas űrhajójának egyik küldetése fogja az űrbe juttatni a LightSail következő változatát.