A helyi erőforrások felhasználása (ISRU) kulcsfontosságú eleme lehet a bolygóközi emberes űrutazásnak. És mégis: jelenleg inkább a science fiction világába tartozik, de vajon meddig várat magára az áttörés?
A technológiai fejlettség jelenlegi szintjén az ISRU elsősorban a nagy tömegű - és ezért magas pályára állítási költségekkel bíró - anyagok űrben történő előállítását jelentheti, mint pl. az üzemanyag és a védőpajzsok. "Ha az ISRU alkalmazásával csökkenthető lenne a Földről felbocsájtandó tömeg, az USA több milliárd dollárt takarítana meg a meglehetősen korlátozott űrköltségvetéséből. Ha ez így van, miért nem hallunk többet erről a módszerről?" - teszi fel a kérdést Paul S. Spudis a houstoni Lunar and Planetary Institute bolygógeológusa és távérzékelési szakembere.
A kérdés azért is érdekes, mert az ISRU technikai megvalósítására már a 18. századtól vannak módszereink. Ilyen például a fém alumínium készítése karbotermikus redukcióval, vagy rakéta-hajtóanyag vízből történő előállítása egyszerű vízbontással. Ennek ellenére mégsem végeztek kísérletet a Földön kívül történő megvalósításra.
Kockázatok
Az egyik visszatartó tényező Paul S. Spudis szerint talán az új dolgokban rejlő kockázat lehet, amely komolyan akadályozhatja a fejlődést, különösen, ha új technológia kipróbálásáról van szó. Persze emberes űrutazás esetén elengedhetetlen a fokozott óvatosság. "Az óvatosság viszont arra kényszerít, hogy a komfortzónádban maradj, az új kezdeményezések és programok elsorvadnak, ami megbénítja az USA előrehaladását az űrkutatásban" - írja Spudis.
George H. W. Bush amerikai elnök 1989-es híres beszédében célul tűzte ki egy emberes Mars-misszió megvalósítását. Az 1990-re elkészült tanulmány szerint ez a hagyományos technológiával 20-30 évbe és 450 milliárd dollárba kerülne, amelyet csak a második világháború költségei múlnának csak felül. Egy éven belül a tervvel kapcsolatos összes támogatási kérelmet visszautasították, más megközelítésre volt tehát szükség.
Robert Zubrin űrrepülési mérnök azonban új ötlettel állt elő. Észrevette, hogy egy Mars-utazás költségei jelentős mértékben lefaraghatók, ha nem viszik magukkal a visszatéréshez szükséges üzemanyagot. Egy kg teher alacsony Föld körüli pályára juttatása több ezer dollárba kerül, ezért az induló tömeg csökkentése jelentős megtakarítást eredményez.
A Robert Zubrin és David Baker által kidolgozott, Mars Direct néven ismert tervezetben a hazatéréshez szükséges rakéta-hajtóanyagot a Mars felszínén állítanák elő. Az első, ember nélküli űrhajó hidrogént, egy vegyi üzemet és egy kis nukleáris reaktort vinne magával. A számításaik alapján 8 tonna hidrogén elegendő lenne ahhoz, hogy a Mars légkörében található szén-dioxiddal reakcióba léptetve akár 112 tonna metánt és oxigént állítsanak elő, viszonylag egyszerű módon. Így a visszatéréshez szükséges üzemanyagnak csupán 7%-át kellene odaszállítani, és az alacsony Föld körüli pályára állítandó tömeget több mint 50%-al lehetne csökkenteni, ami jelentős előrelépés lenne.
Zubrin új módszere már részét képezi a NASA Mars-utazást vizsgáló tanulmányának (NASA Design Reference Mission), amely javasolja az ISRU használatát mind az üzemanyag előállítására, mind pedig a legénység oxigénellátásának biztosítására. Az így megtermelt üzemanyag a Mars-járók ellátására is elegendő. Az ISRU egyedül a leszállásnál jelent plusz kockázatot, ugyanis a visszatéréshez szükséges üzemanyag nélkül vészhelyzet esetén a legénységet nem lehet Mars körüli pályára menekíteni, egyedül a felszín kerülhet szóba, ahol kényszerleszállás esetén is biztosítani kell a legénység számára a fogadó bázis elérését.
A MISR (Mars In-Situ Resource Utilization Sample Return) elképzelt küldetésrők készült fantáziarajz, amelynek keretében a leszálló egység mintát gyűjt, a magával vitt hidrogén és a mars légkörében található szén-dioxidból megtermeli a visszatéréshez szükséges metán hajtóanyagot, majd a visszatérő egység elhozza a mintákat a Földre. Forrás: NASA
Ezek egyelőre csak hosszú távú tervek. Az módszer még mindig kipróbálásra vár. Spudis szerint "A mérnökök nem bíznak az ISRU Mars-misszióban történő használhatóságában, mert még nincs kipróbálva, ezért kockázatos. És azért nem próbálták még soha, mert kockázatos. Ez a 22-es csapdájának klasszikus esete." És hogyan lehetne kitörni ebből az állapotból? A megoldás nincs is olyan messze, mint gondolnánk: a Hold.
Visszatérés?
A mindössze három nap utazással elérhető Hold nagyszerű lehetőséget biztosít az ISRU technológiák biztonságos tesztelésére, ráadásul a Hold alapanyagait a Mars-misszióban is fel lehetne használni, ami még tovább csökkentené a Földről felbocsátandó terhet. Felmerülhet a kérdés, hogy mi a helyzet a földsúroló kisbolygókkal? Ezek ugyan gazdagok bizonyos fémekben, de a víz csak kötött formában fordul elő bennük, így költséges lenne a bányászata.
Az LCROSS becsapódási kísérlet 2009-ben bizonyította, hogy a Hold sarkvidékeinek árnyékos területein nem csak jelentős vízjég, hanem illékony anyagok is megtalálhatók, köztük metán, ammónia, szén-dioxid és néhány egyszerű szerves vegyület. Ezek az anyagok valószínűleg becsapódott üstökösökből származnak. A kisbolygók tipikusan nem tartalmaznak ilyen különleges és könnyen párolgó vegyületeket, és Zubrin Mars Direct tervében éppen a metán az egyik visszatéréshez használt alapanyag.
Bányászat a Holdon. NASA (Edward M. Henderson, Mark L. Holderman - Technology Applications that Support Space Exploration)
További előny, hogy a Holdról történő felszálláshoz mindössze 2.6 km/sec gyorsulás szükséges, ami a marsi 3.2 km/sec gyorsulással összemérhető. Ez azt jelenti, hogy a Holdon történő teszteléshez nem kellene mindent külön kifejleszteni, hanem már a Marsra tervezett eszközöket lehetne élesben tesztelni a Holdon, ráadásul vészhelyzet esetén a személyzet kimentése is jóval könnyebb lenne.
Előrelépés
"Véleményem szerint az ISRU a jövő űrrepülésének legfontosabb és legversenyképesebb technológiája. Egészen addig megyek, hogy az ISRU valamilyen formában történő megvalósítása nélkülözhetetlen eleme egy Mars-missziónak" - írja Spudis - "Az Apollo program alatti nemzetbiztonsági kényszer következtében az Egyesült Államok megengedhette magának, hogy a technikai problémákat pénzzel oldja meg. De a világ azóta megváltozott: az űrprogramoknak megfizethetőknek kell lenniük, ami azt jelenti, hogy nem választhatjuk a könnyebb, hagyományos megoldásokat. Okosnak és furfangosnak kell lennünk és azt használni, amink van."
Így nézhetne ki egy űzemanyagraktár az űrben: a Holdon megtermelt oxigént, hidrogént és szénhidrogéneket tárolná a Föld és a Hold Lagrange pontjaiban. Forrás: NASA (Edward M. Henderson, Mark L. Holderman - Technology Applications that Support Space Exploration)
Szerencsére azzal, hogy a NASA 2006-ban végre bevonta a privát szektort a Nemzetközi Űrállomás ellátását célzó fejlesztésekbe, az űripar új lendületet kapott, nemzetközi verseny kezdődött, amelyben valószínűleg már a privát cégek költséghatékony megoldásai játsszák majd a főszerepet. Így a kérdés már talán nem is az, hogy megvalósul-e a helyi erőforrások kiaknázása az űrben, hanem az, hogy mikor és ki által valósul meg. Amíg ugyanis a NASA a 2030-as évekre tervezi az első Mars-küldetését, már megalakult két magáncég, az egyik a Planetary Resources, amelynek elsődleges célja aszteroidák anyagának bányászata az űrben, és ezzel a Föld természeti erőforrásainak kibővítése, a másik pedig a Mars One holland nonprofit szervezet, amely 2023-ra marskolóniát kíván alapítani. A visszautat nem biztosítja, így csökkentve jelentősen a költségeket. A Mars One erre a célra a SpaceX cég módosított Dragon űrhajóját kívánja használni. A SpaceX víziója sem kevésbé nagyratörő: mintegy 80 ezer ember áttelepítését tervezi a vörös bolygóra.