40 évig mindössze két ország volt képes embert juttatni a világűrbe, azonban a fejlődő országok, mint például Kína és India is helyet akarnak maguknak ebben az exkluzív klubban. Lassan már a magáncégek is megjelennek e piaci résben, legalábbis a látványtervek és a programok erre engednek következtetni. De tényleg felpörögni látszik az űrkutatás, vagy ez csak a máz? Ezt szeretnénk kicsit áttekinteni, illetve visszanézni, hogy mik voltak a közelmúlt ígéretesebb elgondolásai.

                        Amerikai Egyesült Államok / NASA Űrsiklói

   Az űrsikló (STS, Space Transportation System) történelme az 1960-as évekig nyúlik vissza, amikor az amerikai légierő a következő generációs hordozójárművekkel kapcsolatosan rengeteg olyan tervet készíttetett és vizsgált meg, amelyek katonai műholdak pályára állítása mellett katonai űrállomások üzemeltetését és kiszolgálását is lehetővé tették volna. A NASA hasonló cipőben járt, az Apollo űrhajó utódját kereste, és hatalmas űrállomásokban, holdbázisokban, Mars-utazásban gondolkoztak. Az űrsikló alapötlete és igénylistája tehát olyan időkben született, amikor úgy számoltak, hogy az 1980-as években már évente legalább 60 darab emberes amerikai űrrepülés indul.

                 Az első űrrepülőgép indításra felkészítve, 1981-ben

   Noha a nagy tervekből az 1970-es évek elején megnyirbált költségvetés miatt a legtöbbet el kellett felejteni, legalább is rövid távon, az űrsikló program a lehetőségekhez mérten jól haladt, még ha némi költségtúllépés és csúszás is történt vele. Ám az üzemeltetése koránt sem volt annyira zökkenőmentes. Ahhoz, hogy a költségek az előre kalkuláltak szerint alakuljanak, rengeteg fellövésre lett volna szükség, amit nem állítanak le, halasztanának el minden apró veszélyforrás, technikai vagy meteorológiai aggodalom miatt. Részben ennek az eredménye a Challenger katasztrófája, ami után viszont mind az Amerikai Védelmi Minisztérium, mind a civil megbízók a hagyományos hordozórakéták felé fordultak. Így az űrsiklók egyetlen felhasználója (és a számlák fizetője) a NASA maradt.

                                A Discovery indítása 2008 májusában
 
   Az évenkénti néhány fellövés hihetetlenül drága játékszerré tette az STS rendszert, mivel a költségek legnagyobb része a hatalmas és népes földi kiszolgáló apparátus működtetése és fenntartása volt. Ez dollármilliárdokat követelt, függetlenül attól, hogy évi 60 fellövést hajtanak végre, vagy egyet sem. Ha ez még nem lenne elég, a Columbia katasztrófája rámutatott, hogy a személyzet biztonságát sem tudják megfelelően garantálni adott állapotukban. Ennek volt köszönhető, hogy végül felülről jött "ötletként" 2010-től kivonják az űrsiklókat. A NASA addig is a biztonság növelése érdekében minden űrrepülőgép indításakor egy második űrrepülőgépet tart készenlétben, amely azonnal indítható, ha a Föld körül keringő űrrepülőgép személyzetét veszély fenyegeti.

A váltásra már az 1980-as években gondoltak. Az X-30 NASP (National Aero-Space Program) egy olyan űrrepülőgép lett volna, amely egyetlen fokozattal éri el a világűrt, tehát nincsenek ledobható gyorsítórakéták vagy üzemanyagtartályok (szakmai rövidítéssel SSTO, Single Stage To Orbit). Azonban az X-30 programot 1993-ban leállították, miután a költségvetést összeadó szervek - a NASA és a Védelmi Minisztérium - nem tudtak a kísérletek részleteiben megegyezni. Az X-30 azonban nem maradt nyom nélkül, az X-43 kvázi utódjának volt tekinthető, legalábbis ami a technikai elgondolást illeti, jövőre pedig az X-51 tesztjárművel próbálják elérni a hangsebesség hétszeresét. Az X-51A eredetileg katonai célú program, de az eredményei a hiperszonikus repüléssel kapcsolatosan remélhetőleg egyszer az emberes űrrepülésbe is felhasználhatóak lesznek.

                               Korai fantáziarajz az X-30-asról

   Az 1990-es évek közepén új kezdeményezés született, ami egy igen olcsó, egyszerű kiszolgálást igénylő, automatizált űrhajót képzelt el. Ha szükséges, akkor a személyzetet a raktérben elhelyezett modulban lehetne elhelyezni. Ez a teljesen automatikus Venture Star űrhajóprogram elképzelése, amely különféle egyéb új technológiáktól hemzsegett, mint kompozit műanyag üzemanyagtartály, vagy az AeroSpike hajtómű. Az új megoldásoknak az X-33 tesztjárműben kellett volna bizonyítaniuk.

A fejlesztés közben sikerült az AeroSpike hajtóművet próbapadon letesztelni, elkészült egy fémes hővédő pajzs, és a gép alakja is formálódott menet közben, hogy minél inkább megfeleljen az űrrepülőgépénél laposabb visszatérési szögnek. Utóbbi azért lett volna hasznos, mivel a laposabb szögű visszatéréskor az űrhajó külső burkolata kevésbé hevül fel, tehát a hővédő pajzsot könnyebbre lehet tervezni. Hátránya az, hogy ha a visszatérés szöge nem tökéletes, akkor a légkör már viszonylag sűrű felsőbb részébe érve az űrhajó visszapattan, mint egy víz felszínén kacsázó kő.

                  Fantáziarajz az X-51-esről és gyorsítórakétájáról

   A tömegcsökkentés roppant fontos volt az X-33/Venture Star esetében, mivel ez lett volna az első olyan űrhajó, amely egy fokozattal érte volna el a világűrt. Az űrsikló esetében a szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéták, és végül is a külső üzemanyagtartály is külön fokozatnak felel meg, amelyeket kiégésük/kiürülésük után leválasztanak, nem cipelik tovább őket. A fejlesztés folyamán viszont a kompozit folyékony hidrogén üzemanyag tartállyal sok probléma akadt, ezért végül úgy döntöttek, hogy az X-33-as alumínium-lítium ötvözetből gyártott tankot kap, amely ráadásul összességében könnyebbnek is bizonyult.

Amikor úgy tűnt, hogy minden nehézséget megoldottak, az amerikai törvényhozás a másfél éves késlekedés, a költségek megszaladása, és végül a kompozit üzemanyagtartály kudarca miatt kérdésessé vált a program léte. Végül 2001-ben a NASA megvonta tőle a támogatást. Szomorú, de az X-33 eltűnésével a már kifejlesztett technológiák is eltűntek, mint az XRS-2200 AeroSpike hajtómű vagy a fémes hővédő pajzs, és azt az üzenetet küldte a világnak, hogy az egy fokozatú űrhajók életképtelenek.

   Az X-33, a Venture Star és az STS egymás mellett, méretarányos rajzok

    Az X-33 program bukása után határozott elképzelés volt, hogy kerülni kell minden olyan újítást, ami nincs kéznél, vagy még nem bizonyított. Ez az irányvonal az OSP (Orbital Space Plane) nevet kapta, és a már létező Delta 4 és Atlas V hordozórakétákra épült, amelyek orrára egy kisméretű űrrepülőgépet képzeltek el, 4 fős személyzettel. Az OSP azonban már az új idők szele volt. A NASA az 1990-es években a Nemzetközi Űrállomásra fordította minden figyelmét, e körül forgott az emberes űrrepülés minden programja. 2002-ben az egyre emelkedő költségek miatt viszont lefújták a CRV-t (Crew Return Vehicle) és annak technológiai tesztjárművét, az X-38-at, mivel túl drágának tartották.

A CRV lett volna az űrállomás mentőcsónakja, amivel a hétfős személyzet bármiféle vészhelyzet esetén visszatérhet a Földre. A CRV közvetlen utód nélküli felszámolása viszont egyben azt is jelentette, hogy az űrállomás állandó személyzete mindössze annyi ember lehet, amennyi egy Szojuz űrhajóban elfér, vagyis három fő. Emiatt az amerikai lakómodul is parkolópályára került, hiszen ennyi ember a meglévő modulokban is elhelyezhető. Az OSP egyik feladata az lett volna, hogy mentőcsónakként is működjön, tehát az állomás személyzete ismét 7 fő lehessen.

Korai fantáziarajz egy Delta IV rakétával történő OSP űrrepülőgép fellövéséről

    Az űrállomás maga az 1980-as évek nagy terveinek maradványa, az egyre ambiciózusabb amerikai Freedom és a szovjet/orosz Mir-2, valamint az európai Columbus és a japán Kibo űrállomás-tervekből összegyúrt, majd folyton megkurtított, és újra meg újra kibővített elemekre épül. Ahogy azonban a nemzetközi programok esetében gyakorta előfordul, az ISS esetében sem mindig zökkenőmentes a résztvevő partnerek közti együttműködés.

Az ISS korai fantáziarajza, ekkor még úgy volt, hogy 2004-ben már így fog kinézni

   Rengetegszer érte vád az amerikai politikusok részéről a NASA-t, hogy az űrállomás túl vontatottan és túl drágán készül el, és túlzottan függ a többi résztvevő országtól. Ehhez persze az is hozzátartozik, hogy ezek az országok is ki vannak szolgáltatva a NASA egyoldalú döntéseinek, mint a CRV és a lakómodul esetében is Ez gyakorlatilag azt jelentette, hogy az eredeti 6-7 fős állandó személyzet helyett mindössze egy 3 fős állandó személyzettel kellett számolni, amelyből legalább egy amerikai és egy orosz.

   2004-ben George W. Bush új irányvonalat jelentett be az űrkutatásban, némileg válaszul a Columbia űrrepülőgép katasztrófájára. E szerint 2010-ben ki kell vonni az űrsiklókat, egy új űrhajót és az űrsikló program részelemeiből egy új hordozórakéta-családot kell építeni. 2020-ra ember tér vissza a Holdra, és elkezdik a Marsra való utazás előkészületeit - ezt foglalta össze a Constellation (Csillagkép) program. Az új célok eléréséhez a NASA némileg több pénzt kap a 2004-es költségvetéshez képest, de elsősorban belső átcsoportosítással kell előteremtenie a pénzösszeget. (Az emelés annyiban valósult meg, hogy szemben a 2004-es 15,1 milliárd dolláros költségvetéssel, 2008-ban már 17,3 milliárd dollárt kaptak, de utána 2005-ben, 2006-ban és 2007-ben is 16 milliárd dollár alatt maradt.)

A 2004-es költségvetési előrejelzésnek még egy fontos pontja volt, hogy 2016 után nem szerepel benne a Nemzetközi Űrállomás. Ez egyértelműen jelezte, hogy a NASA-nak a Föld körül keringő programok helyett távolabbra kell tekintenie. Azóta ugyan ezen a markáns elhatárolódáson finomítottak, és már 2020-ig vannak előre tervezett, az ISS-re induló küldetések.

   A NASA az új célokhoz új eszközöket akart. A CEV (Crew Exploration Vehicle) keretében pályázatot indítottak, hogy megtalálják az ideális tervet és gyártót az új űrhajóhoz. Az eredeti, ún. spirális fejlesztés helyett a NASA 2005-ben kinevezett új igazgatója, Michael Griffin új irányelveket határozott meg, hogy a 2014-re előírt első CEV-fellövés helyett hamarabb indulhasson az új űrhajó. Az első tervek jó része még tartalmazott mérnöki újításokat és újszerű elképzeléseket, a NASA azonban finoman utalt arra, hogy mindössze egy megnagyobbított Apollo űrhajót képzeltek el, tehát például a Northrop (Szojuz-szerű) és a Lockheed (eredetileg kisméretű űrrepülőgép) terveit kellene átdolgozni.

 A CEV-pályázatra elküldött koncepciók, jobb szélen a NASA saját javaslata

   Az eset páratlan volt a maga nemében, és meglehetősen negatívan érte a szakmát. Az Apollo-féle design és technikai megoldások hajdan leginkább a kőbe vésett határidő ("...az évtized vége előtt...") és a még gyerekcipőben járó hiperszonikus repüléssel kapcsolatos ismeretek miatt győzedelmeskedtek az aerodinamikus űrrepülőgép tervek felett. Több, mint 40 év múlva arra hivatkozni, hogy az Apollo féle alapkoncepció már bevált, és ezzel elvetni minden újítást mindenesetre némileg vaskalaposnak tűnik.

A hordozórakéták terén a Griffin-féle nézet szerint a meglévő STS rendszer elemeire támaszkodva egy új, emberes repülésre szánt és annak megfelelő biztonsági rátával rendelkező családot kell megalkotni, és nem opció a jelenleg már létező Atlas és Delta hordozórakéták emberes űrrepülésekre alkalmas változatának kifejlesztése. Az erősen NASA-orientált végső elképzelés tehát az lett, hogy a pályázaton két, Apollo 2.0-nak tekinthető induló mérkőzött meg, amit végül a Lockheed által vezetett konzorcium nyert meg. Az alábbiakban az új rendszer elemeit vesszük végig.

   Az ARES család alapvetően egy kisebb és egy nagyobb rakétát jelent. A kisebb az ARES I, amelynek az új űrhajót, az Oriont kell a Föld körüli pályára juttatnia, míg a nagyobb, ARES V típus a nagyobb terhek Föld körüli pályára való juttatása mellett a Hold-küldetés gyorsító fokozatát és a holdkompot vinné fel.

     A Saturn V, az STS, illetve az ARES I és az ARES V méretarányos rajza

    Az ARES I első fokozata alapvetően az űrsiklók szilárd hajtóanyagú gyorsítórakétája, amely egy plusz szegmenst kapott (vagyis 4 szegmens helyett 5-ből áll), így hosszabb lett, de ez nagyobb tolóerőt is biztosít. A kiégése után leválik, és ejtőernyővel visszaereszkedik, majd egy komplett szétszerelés, átvizsgálás, összeszerelés és hajtóanyagfeltöltés után újra felhasználható.

A második fokozatban egy folyékony hajtóanyagú J-2X rakétahajtómű található, ez a Saturn I és Saturn V J-2 hajtóművének továbbfejlesztése. A második fokozat külső narancssárgás borítása ugyanaz a szigetelőhab, ami az űrsiklók külső üzemanyagtartályán is megtalálható, itt ugyanakkor problémát nem okozhat, hiszen nincs semmi, amiben egy esetlegesen leváló habdarab kárt okozhatna.

               Fantáziarajz az ARES I-Orion párosról, kilövésre várva

   A második fokozat tetején egy irányító gyűrű foglal helyet, ebben vannak elhelyezve a rakéta irányítórendszerei, amelyek figyelemmel kísérik a repülés közben a pályát, és ha szükséges, akkor beavatkoznak. A rakéta orrán foglal helyet az Orion űrhajó, vagy a legfeljebb 25 tonnányi hasznos teher. Az Orion esetén pedig egy mentőtorony is felkerül, hasonlóan az Apollo és a Szojuz űrhajókhoz. A mentőtorony vész esetén leemeli a parancsnoki modult, amelyben a személyzet helyet foglal, és biztonságos távolságra juttatja a rakétától.

A nagyobb ARES V felelős a nehezebb terhek űrbe juttatásáért, többek között ez fogja a Holdra indítani az elképzelt holdbázis elemeit, illetve előtte természetesen az Orion Hold-küldetés gyorsító fokozatát és az Altair holdkompot. A felvázolt alkalmazási lehetőségek között szerepel egy, a Hubble-nál nagyobb űrteleszkóp indítása is. Az ARES V-öt két, az ARES I-nél is jobban meghosszabbított (5 és fél szegmenses), szilárd hajtóanyagú gyorsítórakétával látták el. A második fokozat - a jelenlegi állapotok szerint - hat RS-68 folyékony üzemanyagú rakétahajtóművel bír, míg a harmadik fokozat az ARES I-hez hasonlóan egyetlen J-2X hajtóművet takar. A hatalmas rakéta mintegy 145 tonnát lesz képes alacsony Föld körüli pályára juttatni, illetve 71 tonnát Hold körüli pályára. Teljesítményadatai tehát az előd Saturn V-nél is jobbak, legalábbis papíron.

Fantáziarajz az ARES V fellövéséről, az első fokozat leválása utáni

pillanatról

   Az ARES-család fejlesztéséről nem mondhatjuk el, hogy zökkenőmentesen halad. Az ARES I első fokozata esetében nem várt rezgéseket tapasztaltak, majd a teljesítményével kapcsolatban is gondok jelentkeztek, ami miatt az egész űrhajót át kellett tervezni, ott spórolva a tömeggel, ahol csak tudtak. Az ARES ráadásul egyre távolabb kerül attól az elképzeléstől, hogy a jelenlegi űrsikló-program minél több elemét hasznosítsák benne újra.

Az első tervekben még az eredeti, rövidebb szilárd hajtóanyagú gyorsítórakétával számoltak, a rakétahajtóművek pedig az űrsikló SSME folyékony hidrogént és folyékony oxigént elégető hajtóművei lettek volna, ám ezeket túl drágának találták az egyszer használatos fokozatokban történő felhasználására. Ezért tértek át a J-2X hajtóművekre, amelyek miatt viszont az Orion űrhajó kisebb és könnyebb kell legyen. Az első tervekben szintén szerepelt az űrsikló külső üzemanyagtartályának felhasználása az ARES V-nél, de ez ugyanúgy lekerült a napirendről. Az eredeti, legtöbbet emlegetett indok az ARES-család mellett, miszerint az űrsikló létező elemiből felépíthető egy olcsó, új rakétacsalád mára okafogyottá vált, hiszen már mindent módosított formában használnak fel.

A jelenlegi ütemterv szerint az ARES I első fokozatának tesztindítása 2009 júniusáig csúszott, mivel az indításhoz alkalmazni kívánt 39B jelölésű indítótornyot a biztosító űrrepülőgépek veszik igénybe. 2014-ben indíthat először Orion űrhajót az ARES I, ekkor még személyzet nélkül, majd 2015-ben személyzettel a fedélzetén. Az ARES V első útja 2018-ban várható, ha nem változtatnak a jelenlegi ütemterven.