A NASA Artemis programjának célja, hogy nemzetközi együttműködésben új fejezetet nyisson az űrkutatás és -felhasználás területén, többek között emberi személyzetet szállító űrhajó, Hold körüli pályán keringő űrállomás és a későbbiekben holdbázis létrehozásával.
Hosszú évek előkészületei, megannyi elhalasztott start, meghosszabbított határidő és a költségvetési tervek újragondolása eredményeképpen készen áll az a rendszer, amelynek révén létrejöhet az első tesztrepülés (Exploration Mission–1) a legújabb emberes űrhajó, az Orion számára. A hidegháborús időktől eltérően az első legénység emberi testet imitáló fantomokból fog állni, amelyek lehetővé teszik, hogy átfogó sugárvédelmi mérések készülhessenek, még mielőtt az élő űrhajósok megtapasztalják a kozmikus sugárzási környezet hatásait. A kísérletben részt vesznek az Energiatudományi Kutatóközpont kutatói is.
A kezdetek
Az emberes űrutazások új korszakába lépve egyre közelebb kerülünk ahhoz, hogy ismét űrhajósok sétálhassanak a Hold felszínén, és a megszerzett tapasztalatokat felhasználva komoly előrelépéseket tegyünk a biztonságosan kivitelezhető marsi utazáshoz. A NASA Artemis elnevezésű programjának égisze alatt megvalósuló nemzetközi összefogás nemcsak az űrkutatás megerősítését, hanem a nemzetek közötti békés kapcsolatok megszilárdítását is szolgálja. Az Apollo-programmal szemben ugyanis kifejezett cél, hogy együttműködésben valósuljon meg az összes küldetés a biztonság és a fenntarthatóság növelése céljából. A részt vevő nemzetek olyan rendszereket fejlesztenek, melyeket más országok is használhatnak a tudományos információk nyilvánossá tétele melletti elköteleződésnek köszönhetően. Az Artemis mélyűrfelfedező infrastruktúrájának alapját az SLS (Space Launch System) rakéta, az Orion űrhajó és a kiszolgáló földi egység (Kennedy Űrközpont, Florida) alkotja. A program első fázisaként ezen eszközök segítségével fektetik le az alapokat és demonstrálják a technológiai képességeket, majd a további lépések során az emberi jelenlét kiterjesztése következhet a Hold körüli térségbe és a felszínre. A kitűzött ambiciózus célok eléréséhez alapvető fontosságú, hogy égi kísérőnk sugárzási terét jobban megértsük, felhasználva a modern méréstechnikát. Lényeges körülmény, hogy a Holdnak nincs mágneses tere, ami eltérítené a töltött részecskéket, ezért egy esetleges napkitörés során kilökődő nagy mennyiségű anyag (koronakidobódás) akadálytalanul zúdul az útjában lévő űrhajóra. Mindemellett a mélyűrből származó és a Naprendszerben folyamatosan jelen lévő nagy energiájú kozmikus sugárzás is bombázza az utasokat. A módszer, amellyel lehetséges megmérni azt, hogy pontosan milyen mennyiségű és minőségű ionizáló sugárzás érheti az űrhajósokat az Orion fedélzetén, ismert és rendelkezésre áll: humanoid fantomok tetőtől talpig tele a legkülönfélébb sugárzásmérő eszközökkel. A kozmikus sugárzás detektálásában való négy évtizedes tapasztalatának köszönhetően az Energiatudományi Kutatóközpont Űrkutatási Laboratóriuma több tekintetben is részese lehet az emberiség következő „nagy ugrásának”. Elsőként az alábbiakban bemutatandó tesztrepülésben, a későbbiekben pedig a Gateway űrállomás sugárvédelmi rendszerének fejlesztésében.
Utazás a Hold körül
Az Orion űrhajó egy emberes felfedező jármű 2–6 fő legénység részére. Fejlesztésének ötlete már 2004-ben felkerült a NASA hivatalos tervei közé, a dizájn kialakítására versenyt hirdettek, melyet a Lockheed Martin már akkor elnyert, s az Orion Crew Exploration Vehicle része lett a 2005-ben kezdődő, de a késések és a finanszírozási keret túllépései miatt négy évvel később felfüggesztett Constellation programnak. Az űrjármű vészhelyzeti megszakítási lehetőséggel bír arra az esetre, ha felbocsátáskor a rakéta meghibásodna. Fenntartja a személyzet életéhez szükséges körülményeket az űrutazás során, és lehetővé teszi a légkörbe való biztonságos belépést, majd az óceánba történő érkezést. A Lockheed Martin által gyártott személyzeti modulhoz kapcsolódik az európai kiszolgálóegység (European Service Module), melyet az Airbus Defence and Space készített el, és célja többek között az energiaellátás biztosítása a napelemekkel. Az űrhajónak automata dokkolórendszere van, sebességét és pozíció-ját a főhajtóművel, illetve nyolc kisebb hajtóművel és hat fúvókával tudja változtatni.
Mindezekre szükség lesz az Artemis következő fázisaiban megépítendő Gateway űr-állomáshoz való kapcsolódáshoz. A visszatérő egység, bár hasonlít az Apollo-programban használt modulra, modern elektronikájú. A műszerfal nem hagyományos analóg számlapokkal és műszerekkel van felszerelve, hanem a Boeing 787-es Dreamliner sugárhajtású utasszállító repülőgép pilótafülkéjének felépítését tükrözi digitális repülési műszerkijelzőkkel, nagy méretű LCD-monitorokkal. A Kennedy Űrközpontból történő felbocsátás után az Orion Föld körüli pályán kinyitja a napelemeit, majd az átmeneti kriogén meghajtási szakaszban kapott lökés hatására tranzitpályára kerül. Eközben a másodlagos hasznos teherként magával vitt kis műholdakat (CubeSatokat) útjukra engedi, amelyek technológiai demonstrációként és kísérleti platformként szolgálnak. Amikor megérkezik a Holdhoz, az Orion közeli elrepülést (flyby) hajt végre, körülbelül száz kilométerrel a felszín felett. Ezután egy úgynevezett távoli retrográd pályára áll. Az űreszköz keringési iránya ellentétes (retrográd) lesz tehát a Holdéval, és a továbbiakban messzebb halad majd a felszíntől, nagyjából
61 ezer kilométerre. Az Orion körülbelül hat napig marad Hold körüli pályán, hogy adatokat gyűjtsön, és a földi küldetésirányítók értékelhessék a különböző technológiai egységek teljesítményét. A személyzet nélküli űrhajó végezetül még egy közeli elrepülést hajt végre, mielőtt a szervizmodul hajtóműveinek segítségével a visszatérő egység a megfelelő pályára áll a Föld felé. A kapszula ezután belép a Föld légkörébe, és ejtő-ernyős lassítást követően a Csendes-óceánban, a Kaliforniai-félsziget (Baja California) partjai-nál ér majd véget az útja. Megközelítőleg 25,5 napos küldetése alatt az Orion közel
2,1 millió kilométeres utat tesz meg.
Fantomok a fedélzeten
Az optimális sugárvédelmi árnyékolás, a megfelelő dóziskorlátok kidolgozása, a bőrt, valamint a belső szerveket érő sugárterhelés összefüggéseinek megértése kulcskérdés az emberes küldetések tervezése során. Nem új keletű ötlet, hogy az űrhajósokat kívül-belül érő ionizáló sugárzást a valóságot jól modellező bábu, úgynevezett fantom segítségével vizsgálják. Emberi koponyát imitáló fantommal már a kilencvenes években is végeztek méréseket a NASA űrsiklóin, majd a Mir űr-állomáson. Az EK kutatói is részt vettek abban a lényegesen részletgazdagabb fantomot használó kísérletsorozatban, melyet az Európai Űrügynökség (ESA) megbízásából a Német Repülési és Űrrepülési Központ (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR) koordinált. A Hamlet program Matroshka elnevezésű fantomjának lágy szövetei és tüdeje testszövetazonos, kis sűrűségű poliuretánból készültek, és valódi emberi csontokat tartalmazott. Több mint ezer mérési pozíciót alakítottak ki a bábun aktív (energiaellátást igénylő) és passzív (utólagos kiértékeléssel elemezhető) detektorok számára. A Nemzetközi Űrállomás külső platformjához rögzítve, űrsétát szimulálva, valamint különböző modulokban az űrállomáson belül is végeztek méréseket 2004 és 2011 között. Hasonló modelleket alkalmaznak egyébként a radioterápiás besugárzóberendezések tesztelése, kalibrálása során is. Az Orion űrhajón tervezett Matroshka AstroRad Radiation Experiment (MARE) sugárzási kísérletet szintén a DLR vezeti az ESA megbízásából. Dozimétereikkel részt vesznek több ország (Ausztria, Belgium, Csehország, Lengyelország, Magyarország, Németország, az Egyesült Államok és Japán) kutatói is, akik már tapasztaltak a hasonló típusú mérésekben. Miként a Matroshka küldetésekben, a cél ez esetben is a különböző szövettípusokban elnyelt sugárzás mennyiségének és minőségének megállapítása, ezáltal felmérve az űrhajóban utazó személyzetet érő sugárterhelést. Lényegi különbség a MARE fantomok tekintetében, hogy női testet imitálnak, összesen 38 darab 2,5 cm-es szeletből felépítve.
Biológiai és sugárvédelmi szempontból nem elhanyagolható a különbség a két nem szöveti és szervi felépítésében, emiatt az új eredmények hiánypótlók lesznek. A küldetés során két teljesen azonos – Helga és Zohar névre keresztelt – fantomot helyeznek el az egymás melletti ülésekben, melyek közül a Zohar az AstroRad elnevezésű sugárvédelmi mellényt is viseli majd. A Nemzetközi Űrállomáson már tesztelték a mellényt, de a Hold körüli térség kitettsége egyedi körülményeket teremt, így hasznos új információkkal gazdagodhatunk. A fantomok belsejében kialakított 1400 szenzorpozíció mellett a „bőrfelületen” és a mellény külső felületén is folynak majd mérések, így egyértelműen látható lesz, hogy milyen mennyiségű és minőségű sugárzástól védi meg a viselőjét.
Passzív doziméter-összeállítás
Az Apollo-küldetésekből meglehetősen kevés és kezdetleges szabályozások mellett rögzített dozimetriai adat áll rendelkezésre. Habár az indiai Chandrayaan szonda szolgáltatott releváns mérési adatokat a Hold körüli pályáról, és a közelmúltban publikáltak már a Hold felszínén mért sugárdózisadatokat is, mégis a MARE kísérlet fantomok alkalmazásával várható eredményei az emberes küldetések szempontjából kulcsfontosságúak lesznek. A részt vevő kutatócsoportok a Dosis-3D kísérletsorozat keretein belül a Nemzetközi Űrállomás Columbus moduljában több mint tíz éve végeznek méréseket. Az együttműködés során felhalmozott tapasztalatok segítségével kialakítottak egy olyan mérési összeállítást, amelyben egyidejűleg különböző típusú passzív dózismérőkkel detektálható a kozmikus sugárzás. Többek között ezt a termolumineszcens dózismérőket és szilárdtest-nyomdetektorokat tartalmazó össze-állítást fogják alkalmazni az Orion űr-hajóban helyet foglaló fantomok testfelületén, illetve a sugárvédelmi mellény alatt és felett. Kiegészítésképpen további nyomdetektorok elhelyezésére is lehetőség nyílt mindkét fantom tüdejének, gyomrának, méhének és gerincoszlopának közelében, ezek ugyanis az ionizáló sugárzásra legérzékenyebb területek. A szilárdtest-nyomdetektorok a nagyobb energialeadásra képes részecskéket regisztrálják látható felületi roncsolás formájában (ilyenek a protonok és a szupernóva-robbanások során szétrepülő, közel fénysebességgel száguldó atomok), míg a termolumineszcens detektorok a kisebb energialeadású protonokra, ionokra, gamma-sugárzásra és az űrhajó falából kilökött neutronokra érzékenyek. Ezeket a detektorokat a küldetés végén a földi laboratóriumban értékelik ki a kutatók.
Startra készen
Az Artemis program első küldetése 2022 októberében valósulhat meg. Az Orion űrhajó (fedélzetén a fantomokkal és az integrált dózismérőkkel), valamint a szállítórakéta, az SLS már összeszerelve várja, hogy a felbocsátás előtti rengeteg tesztet elvégezzék rajta. Az Apollo- és az űrsiklóprogram indításainak helyszínéül szolgáló Launch Complex 39B indítóállást felújították, itt veheti kezdetét ez a történelmi küldetéssorozat. Izgatottan várjuk a fejleményeket!
Strádi Andrea, Szabó Julianna, Hirn Attila
ELKH Energiatudományi Kutatóközpont
Űrkutatási Laboratórium
Fotó: ESA, DRL, NASA
Cikkünk a Külgazdasági és
Külügyminisztérium támogatásával készült