Foglalkozzunk ismét a Naprendszer-kutatás jövőjével, de ezúttal főleg a külső bolygók világával! Kevéssé ismert, hogy ez a hatalmas, izgalmas térség szinte kizárólag a NASA felségterülete – más nemzetek műszerei csak a NASA űrszondáira „csimpaszkodva” jutottak el eddig ebbe a távolságba. Éppen ezért az Egyesült Államok ez irányú elképzelései és tervei döntő jelentőségűek. A 2013-ban kezdődő évtized elgondolásait nemrég hozták nyilvánosságra.
A tíz évre szóló űrkutatási terveket hagyományosan az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiája készíti a NASA és a National Science Foundation (Nemzeti Tudományos Alap) számára. Konkrétan most a „Bolygótudományi áttekintés 2013–2022-re” elnevezésű, 400 oldalas dokumentumból szemezgetünk, külön kiemelve a külső Naprendszerre vonatkozó elképzeléseket. Itt természetesen az a feladat, hogy a várhatóan rendelkezésre álló költségvetési támogatást igazságosan és gazdaságosan kell elosztani a különféle űrszondás projektekkel pályázó intézmények és kutatók között. Az ilyen projektek átfutási ideje természetesen nagyon hosszú, ezért kell hosszú távra előre tervezni és dönteni. (Annak ellenére, hogy váratlan tudományos felfedezések mindig előfordulhatnak, amelyek utólag megkérdőjelezhetik, hogy az évekkel korábbi prioritási döntés helyes volt-e.)
A NASA-n belül az ilyen projekteket lényegében a költségigény alapján sorolják osztályokba. Az egyik, amely a legkisebb vállalkozásokra vonatkozik, a Discovery nevet kapta, és a dokumentum ezekkel lényegében nem is foglalkozik, csak annyit hangsúlyoz, hogy a jelenleg folyó programokat folytatni kell. Annál részletesebb meggondolást igényelnek a nagy költségvetésű programok, amelyek jórészt a külső Naprendszer vizsgálatára vonatkoznak. Ezek neve New Frontiers („új határok”). A kérdéses évtizedre hét „közepes” projektet választottak ki, amelyek közül a NASA fogja meghatározni azt a kettőt, amelyek megvalósítására vállalkozik. A döntések fő szempontja az, hogy a projekt „dolláronként mennyi tudományt eredményez”, bár más szempontok is érvényesülnek. Így például egyensúlyt kell teremteni egyrészt a viszonylag kis, közepes és nagy projektek között, másrészt a célpontoknak is többé-kevésbé egyenletesen kell eloszlaniuk az egész Naprendszerben. Az egészen kiemelkedő küldetések neve Flagship Mission („zászlóshajó”), és ezekre külön figyelmet fordít a tanulmány.
Merre induljunk 2013 után?
Kezdjük a New Frontiers közepes küldetésekkel, amelyekre nagyjából egy-egy milliárd dollárt szán a NASA – a hordozórakéta költségei nélkül. Jelenleg két ilyen projekt már folyamatban van, és az itt tárgyalt javaslat szerint 2013 és 2022 között még kettőt valósítanának meg. Az egyiket a következő öt lehetőség közül kellene kiválasztani:
1. Legalább 500 cm3-nyi minta hozatala egy üstökös magjának felszínéről;
2. Mintahozatal a Hold Déli Pólusa és az Aitken-medence vidékéről (ez a terv már a 2002-es javaslatok között is szerepelt);
3. Szaturnusz-szonda. Feladata lenne a bolygó légkörének tanulmányozása, továbbá egy kisméretű műszercsomag beküldése a légkörbe, hogy megvizsgálja annak szerkezetét;
4. A trójai kisbolygók vizsgálata. A Jupiter pályáján elkülönülten keringő „trójai” kisbolygók közül többet is tanulmányozna a szonda;
5. A Vénusz helyszíni vizsgálata (ez a terv is szerepelt már a 2002-es javaslatok között).
A másikra csak két jelöltet állítottak:
1. Io-megfigyelő szonda. Feladata az Io hold belső szerkezetének vizsgálata és az ottani, aktív vulkanizmus okainak felderítése;
2. Geofizikai hálózat kiépítése a Holdon. Célja részletesebb és alaposabb ismeretek szerzése Holdunk belsejéről.
Látható, hogy a vizsgálat tárgyát képező, közepes New Frontier javaslatok körülbelül fele vonatkozik a külső Naprendszerre, így elég reális az a sejtés, hogy a következő évtizedben közülük egy fog megvalósulni: vagy az Io, vagy a Szaturnusz felé fog indulni egy bolygókutató űrszonda. A kiválasztás eredménye azonban szorosan összefügg azzal a döntéssel is, hogy mi lesz az úgynevezett „nagy küldetésekkel” ebben az évtizedben.
A nagy, „zászlóshajó” tervek közül legfontosabbnak a Mars Astrobiology Explorer-Cacher (MAX-C) küldetést tekintik, amely a Marsról történő mintahozatal előkészítése lenne. Ennek kidolgozása NASA–ESA együttműködésben gyakorlatilag megkezdődött már, de a jelenleg becsült 3,5 milliárd dolláros összköltséget a tanulmány aránytalanul soknak ítéli. A terv két rover odaszállítását tervezi, az egyik amerikai, a másik az ESA ExoMars járműve lenne. A dokumentum szerzői 2,5 milliárd dollárnál többet nem tartanak elfogadhatónak, ami azt jelenti, hogy vagy a program célkitűzéseit kell alaposan megnyirbálni, vagy a következő évtizedre kell halasztani a megvalósítását.
Az Uranus Orbiter and Probe program űrszondája
A másik zászlóshajó a Jupiter Europa Orbiter (JEO) nevet kapta. (Nyitókép) Az Europa hold különlegessége, hogy viszonylag vékony jégtakarója alatt hatalmas óceán rejtőzik, amely az élet lehetősége szempontjából ígéretes helyszín. Ez is összekapcsolódna egy ESA-küldetéssel az Europa távolabbi testvérholdjai felé. Noha a JEO tervezése szintén megkezdődött már, de mivel a tanulmány szerzői az összköltséget 4,7 milliárd dollárra becsülik, kijelentik, hogy csak akkor lehet komolyan tárgyalni róla, ha megemelik a NASA ilyen célokra fordítható költségvetését, s egyben csökkentik a JEO feladatait.
Harmadikként szerepel az Uranus Orbiter and Probe elnevezésű új küldetés. Célja az óriásbolygó légkörének és belső szerkezetének vizsgálata, valamint holdjainak és gyűrűrendszerének közvetlen tanulmányozása. Minthogy a Voyager–2 óta nem járt űreszköz a távoli Uránusz bolygó környékén, egy ilyen út nagyon jelentős tudományos felfedezésekre vezethet. Maga a feladat hasonlít a Galileóéhoz, vagyis a szonda legalább 15 évig keringene az óriásbolygó körül, és közben egy műszercsomag behatolna az Uránusz légkörébe. A projekt költségét 2,7 milliárd dollárra becsülik.
Összegezve megállapítható, hogy a dokumentumban elég hangsúlyosan szerepelnek a külső Naprendszer kutatására vonatkozó tervek a kisbolygóktól az Uránuszig. Az ilyen projektek azonban nemcsak költségesek és időigényesek, hanem van egy speciális problémájuk is: a fedélzeti műszerek működtetéséhez szükséges energiát az egyre távolabbi Nap sugárzásából egyedül napelemekkel biztosítani lehetetlen. A külső bolygók felé korábban elindított űrszondák fedélzetén ezért mindenütt megtaláljuk a radioizotópos energiatermelő rendszereket, az úgynevezett RTG-ket, amelyek a plutónium 238-as izotópjának lassú lebomlásakor keletkező hőt elektromossággá alakítják.
Fogytán a plutónium
A NASA 1961 óta 26 küldetés során használt RTG áramforrást, különösen a külső Naprendszerben, de a Holdon és a Marson is. Az 1977-ben felbocsátott Voyager szondák hosszú élettartama bizonyította legjobban az RTG-k megbízhatóságát. Nukleáris baleset egyetlen esetben sem történt. A Naptól nagy távolságra valóban az RTG az egyetlen lehetséges alternatíva.
Ennek ellenére az Egyesült Államok abbahagyta a katonai alkalmazásokhoz nem használható 238Pu előállítását, és 1992 óta Oroszországtól vásárolta az izotópot. 2009-ben az oroszok felmondták a szerződést, és új egyezményt kívántak kötni a NASA-val. Obama elnök tavaly inkább 30 millió dollárt kért a Kongresszustól a termelés újraindítására, de ezt elvetették. Ugyancsak kérdéses a hasonló előterjesztés sorsa a 2011-es költségvetésben, annak ellenére, hogy a készletek vészesen fogynak, és jelenleg – 2020-ig – legfeljebb két bolygóközi küldetés támogatását teszik lehetővé.
A helyzet azért is bonyolult, mert az Oak Ridge National Laboratory egy ígéretes új módszerrel próbálkozik, amely a neptúnium 237-izotóp besugárzásával állítaná elő a kívánt plutóniumot. Ez az eljárás azonban lassú, a besugárzást követően legalább három évig várni kell az eredményre. Ugyanakkor Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) néven folyamatban van egy újfajta áramforrás építése is, amely 6 százalékról 29 százalékra növelné a hő elektromossággá alakításának hatásfokát. Csakhogy ez a készülék egyrészt még nincs minden tekintetben kipróbálva, másrészt mozgóalkatrészeket is tartalmaz, ami szintén csökkenti a megbízhatóságát. Ezért történhetett meg, hogy a NASA jelenleg csak évi 1,5 kg-ra becsüli űrprogramjainak plutóniumigényét, az ismertetett dokumentumban viszont 5 kg szerepel – ami jelentős különbség. A NASA becslése ugyanis már az új típusú generátorokkal számolt. Ennek megfelelően nagy a különbség abban is, hogy a plutóniumizotóp-készlet feltöltése mennyibe kerülne Amerikának: a NASA szerint csak 75 millió dollárba, viszont a dokumentum ezt ennek kétszeresére, 150 millióra becsüli. Minthogy azonban egyik összeg sem jelentős a NASA teljes, 15–16 milliárd dolláros költségvetéséhez képest, remélhető, hogy a probléma valamiféle kompromisszummal még időben megoldódik.
Biztonság kedvéért a NASA már félretett a rendelkezésre álló készletből annyi 238Pu-izotópot, amely egy, az Europa holdhoz indítandó misszió számára mindenképp elegendő. Ez mintegy 21,3 kg-ot jelent. De még a hamarosan indítandó Mars Science Laboratory számára is szükség lenne 3,5 kg-ra, nem is beszélve a különféle, 2015 és 2019 között indítandó Discovery programokról. Vagyis a plutóniumproblémát sürgősen meg kellene oldani, különben komoly akadálya lesz a Naprendszer eddig oly eredményes űrszondás kutatásának.
Dr. Almár Iván
Fotó: NASA, ESA