Cifka Miklós
XXI. századi űrverseny - II. rész
Cikksorozatunk most következő részében a NASA emberes űrutazással kapcsolatos rövid és középtávú terveit elemezzük.
- I. rész - | - II. rész -
Orion
Az Orion kiindulási alapja azonos az 1960-as években tervezett Apollo űrhajóval. Két fő modulból, a csonka kúp alakú parancsnoki modulból (CM, Command Module) és a hengeres műszaki modulból (SM, Service Module) áll. Teljes tömege várhatóan 20,5 tonna lesz.
A parancsnoki modul átmérője 5 méter, magassága 3,3 méter, a hasznos belső térfogata valamivel több, mint 10 köbméter. Eredetileg 6 űrhajós befogadását írták elő, de a jelenlegi tervek szerint a Holdhoz csak 4 főt visz, a nemzetközi űrállomáshoz pedig 3-at, tehát a szállítható személyek száma 4 főre csökkent. A személyzet létszámának kérdése egyébként azért érdekes, mert eredetileg ez alapján határozták meg a méreteket is, illetve azt, hogy a 6 fős személyzethez igazított 5,5 méteres átmérő miatt alkalmatlanok lennének a jelenlegi hordozórakéták.
Balra az Orion űrhajó legutóbbi tervének fantáziarajza, jobbra parancsnoki moduljának kitöréses ábrája - klikk a nagyobb változathoz
A személyzet fejlett számítógépes rendszereken keresztül irányíthatja az űrhajót, amely a legtöbb manővert teljesen automatikusan lesz képest végrehajtani, beleértve a dokkolást is. Érdekesség, hogy az összes eddigi amerikai űrhajó és űrrepülőgép kézi irányítással dokkolt, míg a szovjeteknél már 1971-ben, a Szaljut-1-en volt automatikus dokkoló rendszer. Az adatok és információk megjelenítésére színes kijelzők szolgálnak, amelyek a Boeing 787-es repülőgépen alkalmazott rendszer módosított változatai. A fedélzetén elhelyeznek egy WC-t is, ami egy ilyen kisméretű űrhajón némi kihívást jelentett.
A belső légkör hagyományos nitrogén-oxigén keverék, tengerszintnek megfelelő nyomáson. Az oxigén utánpótlása a műszaki modulból történik, de a visszatérés előtti szétválás után a parancsnoki modul belsejében még néhány órára elegendő tartalék van. Az oxigén, víz és szennyvíz a modul és a műszaki modul között egy külső csatlakozáson keresztül közlekedik, ezt a parancsnoki modul leválása előtt leoldják.
Visszatérés a Földre, légzsákokkal tompítva a becsapódást - az egyik lehetséges megoldás
Az Orion visszatérésekor a műszaki modulról leválik a parancsnoki modul, és a Szojuz, illetve Apollo űrhajókhoz hasonlóan ballisztikus pályán tér vissza. A modul alján lévő pajzson hővédő réteg található, amely a légkörbe való visszatéréskor elégve óvja meg az űrhajó alumíniumötvözetből készült szerkezetét a óriási hőterheléstől, majd a sűrűbb légkörbe érve három hatalmas ejtőernyő fékezi le. Az eredeti elképzelés szerint az Apollótól eltérően az Orion a szárazföldre tér vissza, nem pedig a tengerre, közvetlenül a föld felett pedig légzsákok nyílnak ki, amelyek tompítják a becsapódást. Utóbb azonban olyan lehetőségek is felmerültek, hogy súlytakarékosság miatt elhagyják a légzsákrendszert, és ugyanúgy vízre szállna le az űrhajó, mint őse a '60-as '70-es években. A parancsnoki modul újra felhasználható, a tervek szerint egy modul tíz alkalommal tehet utazást a világűrbe és vissza.
A műszaki modul nyújt otthont az elektromos rendszerek ellátásáért felelős napelemeknek, a pályamódosításokhoz szükséges hajtóműnek és üzemanyagnak, és a hosszú távú kommunikációnak. A személyzet által elhasznált levegőből is ebben a modulban vonják ki a szén-dioxidot, és az elhasznált oxigént pótolva innen juttatják vissza. A személyzet által termelt hulladékot és szennyvizet is itt tárolják zárt rendszerben. Mivel napelemeket használnak a korábban alkalmazott üzemanyagcellák helyett, ezért víztartályokra is szükség lett.
A műszaki modul kitöréses ábrája
Az űrsikló esetén az elektromos áramot egy hidrogén-oxigén üzemanyagcellákat használó rendszer termeli, és a mellékterméket, vagyis a tiszta vizet a személyzet felhasználhatja a dehidratált élelmiszerek elkészítéséhez, illetve közvetlen elfogyasztásra. Ebben a modulban helyezték el a hőháztartási rendszert, amely a parancsnoki modul belső hőmérsékletéért és a műszaki modul elektromos rendszereinek viszonylag stabil hőmérsékletéért felel. Ez egy folyadékhűtő/fűtő rendszer, amely víz-glikol keveréket használ, mint egy autó hűtőrendszere, és a felesleges hőt a műszaki modul külső részén elhelyezett radiátorok segítségével sugározza ki az űrbe.
Az Orion repülhet személyzet nélküli változatban is, ekkor a parancsnoki modult tehermodullal cserélik le, amely a személyzet, illetve a személyzet számára szükséges fedélzeti rendszerek, székek, kijelzők helyett az űrállomás működéséhez szükséges élelmiszert, vizet és tudományos eszközöket vihet.
Altair
A Constellation program holdkompja az Altair nevet kapta, és ahogy az egész program is, még erősen formálódó állapotban van. Az alapkoncepció maradt az Apollo program holdkompjánál alkalmazott két modulból álló rendszer. Érdekesség, hogy bár a Lockheed Martin és a Boeing is felvette a lehetőséget, hogy más megközelítést alkalmazzanak, mint az eredeti Apollo-programban, ezt a NASA mégis elvetette.
Balra az Altair és az Orion összekapcsolódva, a Hold közelében, jobbra pedig már a Holdon
A leszállófokozatban négy RL-10 típusú hajtómű van, és a hajtóműveken valamint az üzemanyagon kívül a Hold felszínére szánt hasznos terhet is benne helyezik el. A második modul a lakó-visszatérő modul, amelyen egyetlen RL-10-alapú rakétahajtómű található. Az új Hold-programban a régivel ellentétben a személyzet egésze leszáll a Hold felszínére, tehát mind a négy fő átszáll a holdkompba, az Orion pedig üresen kering a Hold körül, amíg vissza nem tér a személyzet. Az űrhajósok egyhetes, holdfelszínen történő tartózkodásra rendezkedhetnek be, de egy későbbi holdbázis építésekor a holdkomp több mint fél évig is működhet.
Egy alternatív, hasra szálló holdkomp elképzelés a Lockheed Martin műhelyéből
A lakómodulnak külön zsilipje van, így a Hold felszínén való munka után az űrhajósok nem hordják be a holdport a lakómodulba. Az Apollo program holdkompja esetében az egész modult használták zsilipként, tehát miután visszatértek és az ajtót bezárták, a holdkomp belsejét feltöltötték levegővel és kibújtak az űrruhájukból, de az így behordott por sok kellemetlenséget okozott. Az Altair fedélzeti irányítórendszere ugyanolyan, mint az Orioné, vagyis az irányítása is teljesen azonos alapképzést igényel.
EDS
Az EDS az Earth Departure Stage, vagyis a Föld vonzáskörzetét elhagyó fokozat, a Hold-utazásban ugyanazt a szerepet tölti be, mint a Saturn IV-B fokozata. Az EDS-t és az Altair holdkompot egy ARES V orrán elhelyezve lövik fel, majd a második fokozat leválása után saját J-2X hajtóművével Föld körüli pályára áll, és itt várja az ARES I-gyel indított Orion űrhajót. Az Orion hozzácsatlakozik az összekapcsolt EDS-Altair pároshoz, majd az EDS hajtóműveit újra begyújtva Hold körüli pályához elegendő sebességre gyorsítja a holdkompot és az űrhajót, majd leválik.
Az EDS, rajta az Altair és hozzácsatlakozva az Orion
A jelenlegi tervek szerint az EDS 55,9 tonna hasznos terhet juttathat közvetlenül Hold körüli pályára, illetve ha az Orion is csatlakozott, akkor összesen 63,9 tonnát. Az EDS fokozat használható más hasznos terhek, például bolygókutató űrszondák indítására is, mint például a nagyobb méretű Mars-szondákhoz.
Holdjáró
A NASA lehetőleg már az első visszatéréskor szeretné, ha az Apollo küldetésekhez képest sokkal komolyabb tudományos kutatást végeznének. Az egyik eszköz ehhez egy olyan jármű, amellyel az űrhajósok jelentősebb távolságot tehetnek meg leszállás után. A kisméretű, túlnyomásos kabinú terepjáró (Small Pressurized Rover - SPR) koncepciót jelenleg vizsgálják Arizona sivatagaiban. A hatkerekű jármű minden kereke hajtott, és egymástól függetlenül kormányozható. Belsejében két űrhajós fér el, akiknek két ágy, illetve azokat felhatva két munkaállomásuk van, továbbá egy kis WC a két ágy között.
A SPR holdjáró tesztverziója
Szellemes a holdsétához való ki- és beszállás megoldása. A két űrruha a jármű hátfalához van állítva, és hátulról lehet egy ajtón keresztül beléjük bújni. A kettős ajtót bezárva már indulhatnak is gyalogos felfedezőtúrájukra, visszatérve pedig zsilipelés nélkül, könnyedén visszatérhetnek a terepjáró túlnyomásos utasterébe anélkül, hogy a behordott por miatt kellene aggódniuk. A jármű egy feltöltéssel mintegy 1000 kilométert tehet meg, és legfeljebb két hétre távolodhat el a bázistól.
Az SPR és az új űrruha tesztverziója
Az Armstrong holdbázis
Jelenleg több elképzelés is van, hogyan lehetne a tartós emberi jelenlétet fenntartani a Holdon, ezek azonban még csak korai tervek és egyszerűbb tesztek szintjén mozognak. A holdbázisnak belélegezhető légkört, élelmet és vizet kell nyújtania a személyzetnek, de meg kell óvja őket a napkitörések hatásaitól is, és mindezek mellett még a lehetőségek szerint komfortosnak is kell lennie. Az egyik lehetőség egy felfújható épület.
Egy felfújható holdfelszíni lakómodul prototípusa
A felfújásnál ne feltétlenül levegőre gondoljunk, hanem inkább egy speciális, megkeményedő habra; melyet leengedni már nem lehet, ha egyszer felépítették. Ez a megoldás megkönnyíti a szállítást és a mozgatást, miközben a tömeget is alacsonyan tartja. A napkitörésekkor nyújtandó védelmet úgy biztosíthatják, ha a holdfelszín alá költözik a bázis, pontosabban beássák az épületeket. A mindennapi élethez szükséges energiát egy kisméretű, mintegy 40 kW elektromos teljesítményű nukleáris reaktor biztosíthatja.
Noha elsőre a nukleáris erőforrásnál a napelemek használata kézenfekvőbbnek tűnne, a Hold kis forgási sebessége miatt mintegy kéthetes éjszaka megkérdőjelezi e megoldás életképességét. A napelemek igazán csak a két sarkon lehetnének folyamatosan használhatóak, ott is csupán akkor, ha egy toronyra szerelve forognának mindig a Nap irányába. Ez ugyanakkor kétségkívül komoly opció, így egyes Holdbázis tervezeteken is napelemekre támaszkodnának az energiaellátás terén.
Egy lehetséges koncepció a Hold északi sarkára tervezett bázishoz, ahol az energiaellátást napelemek biztosítják
Érdekes megoldás lehet a mobil bázis, az ATHLETE nevezetű hatlábú járműalváz. A hat láb mindegyikén különálló meghajtással egy-egy kerék van, amelyeket különféle szerszámokkal lehet ellátni, ezáltal például manipulátorrá vagy talajfúróvá alakulnak. Az ATHLETE hátán elhelyezett lakómodullal hatalmas távolságokat lehet megtenni, tovább növelve a kutatási lehetőségeket.
Az ATHLETE demonstrációs bemutatója, a hátukon holdbázis elemek makettjével
A holdbázis célja egyfelől a tapasztalatszerzés egy távoli űrbázis létrehozásával kapcsolatban, a holdkutatás kibővítése, illetve esetlegesen egy későbbi embereket a Marsra eljuttató programban a Mars-űrhajó üzemanyagának előállítása. Utóbbi a Hold felszínén megtalálható vízjég bányászatával lenne megvalósítható, ott, ahol megfelelő mennyiségben hozzáférhető. A Holdon még egy érdeklődésre okot adó anyag található, ez pedig a hélium hármas izotópja, a He3, ami a várakozások szerint nagyon jó üzemanyag lehet egy fúziós reaktornak. Persze emiatt még nem kell egyből a Holdra rohanni, hiszen jelenleg az energiatermelésre képes fúziós reaktor is csak a jövő zenéje. Mars - a távlati cél
A konkrét Mars-utazásra vonatkozó tervek első példái Von Brauntól származnak 1947-ből, aki egy egész űrflottát indított volna a Mars felé. Von Braun többször is finomította (és karcsúsította) terveit, majd az 1950-es és '60-as években már a legtöbb komolyabb amerikai űripari cég előállt saját elképzelésével. A Szovjetunió sem akart lemaradni, ők is több elképzelést vizsgáltak meg. A tervek gyártása folyamatos volt, mindig volt valami új technológiai megoldás vagy ötlet, amit be lehetett építeni, vagy új tudományos felfedezés a Marssal kapcsolatban, amit figyelembe kellett venni. Ilyen tényezők voltak a nukleáris rakétahajtóművek, de például Von Braun első űrhajóinak még szárnyai voltak, mivel sokkal sűrűbbnek hitték a légkört.
A Von Braun féle Mars űrhajó fantáziarajza, az akkori tudás legjavát képviselte, de ma már tudjuk, hogy nem működött volna
Az elképzelésekben tehát nincs hiány, az viszont, hogy ember léphessen a Marsra, meglehetősen drága mulatság, és az egyéb prioritások miatt az 1970-es évek második felében háttérbe szorult. 1985-ben egy Sally Ride, az első amerikai űrhajósnő által vezetett csapat egy ambiciózus tervel állt elő, amely 2005-re embert juttatna a Marsra. A terv ugyan rövid ideig élvezett reflektorfényt, de továbbra sem lett elkülönítve pénz a gyakorlati megvalósításra.
A NASA-n kívül Robert Zubrin állt elő egy, a korábbiaknál jóval szerényebb összegből megvalósítható Mars-programmal, amely mellett a NASA néhány elképzelést összesítve referencia-küldetéseket állított fel, a különféle technológiák és megközelítések összehasonlítására. Zubrin aktívan lobbizott a saját Mars-terve mellett, de miután a kormányzat nem osztozott a lelkesedésében, úgy döntött, hogy létrehozza a Mars Society nevű civil kezdeményezést, amely az emberi Mars-misszió hátterével, a megvalósítás lehetőségeivel és ezek propagálásával próbálkozik.
A Mars Society fantáziarajza egy Mars-küldetésről
A Mars űrhajóval kapcsolatban több kérdés is megválaszolásra vár még. Az egyik legfontosabb, hogy hány fős személyzet indul majd. Ettől függ a lakómodul mérete, a szükséges ellátmány mennyisége, stb. Ki kell választani a meghajtás módját is: a hagyományos kémiai rakétahajtóműves meghajtás valószínűtlen, az egyik legnépszerűbb opció a nukleáris alapú meghajtás. Ezt rögtön két megoldás felé lehet bontani, az egyik egy nukleáris reaktor által táplált ion-hajtómű, ami ugyan kis tolóerőt nyújt csak, de cserébe hónapokig működhet.
Az ion-hajtómű már többször bizonyított kisebb űrszondáknál, a technológiában pedig sok kiaknázható potenciál van még, így igen jó esélyekkel indul. A másik lehetőség, hogy a reaktort magát használni hajtóműként, például úgy, hogy a hajtóanyagot átvezetik a forró reaktormagon, amely felhevülve és kitágulva nyújtana tolóerőt. Utóbbi nagyobb fajlagos tolóerőt nyújtana, tapasztalatok viszont csak az 1960-as években végzett kísérletekben szerzettek állnak rendelkezésre. A NASA mindkét módszer lehetőségeit aktívan kutatta a Prometheus program keretében, amely eredetileg egy nagyobb méretű Jupiter-szondához szántak, de ugyebár semmi sem akadályozza meg, hogy ezt később egy embereket szállító űrhajóban is felhasználják. Ám a Constellation program egyik hozománya volt, hogy egyes költséges kutatások, amelyek nem a személyzettel ellátott űrhajókhoz kapcsolódtak, várakozó pályára kerültek - így a Prometheus is.
A Jupiter Icy Moons Orbital nevű űrszonda lett volna a Prometheus egyik első működő űrhajója. Elől a nukleáris reaktor, majd a nagy méretű radiátor, ami fölösleges hőt szétsugározza, hátul pedig a tudományos modul és a hajtóművek
A George W. Bush által 2004-ben meghirdetett Constellation program szerint középtávon, 2030 körül embert küld Amerika a Marsra. A NASA leporolta a régi referencia-küldetésterveket, beleillesztette az ARES hordozórakétákat és az Orion űrhajtót, és jelenleg ezekre alapozza az egyelőre még távolba vesző Mars-utazást. A tervek közül most egy innovatívabb megoldást ragadunk ki bemutatás céljából, de mivel a program e része még erősen képlékeny állapotban leledzik, ezért lehet, hogy semmi köze nem lesz a később megvalósuló (már ha valaha is megvalósul ebben a formában) Constellation programhoz.
A Mars-űrhajó ezen változata az egyik legnagyobb problémára keres megoldást, ez pedig a mesterséges gravitáció hiánya. Kicsit mókásnak hat, de a súlytalanság, ami az űrutazás egyik fő velejárója, egyben a legnagyobb veszélye is. Az emberi szervezet a tartós súlytalanságra drasztikus válaszreakciókat ad, így jelentősen leépül a csontvelő és az izomállomány, amely igencsak megkeserítheti a hosszú utazásból Földre hazatérő űrhajósok életét. Ugyan a Föld körül keringő űrállomások, mint a MIR és az ISS fedélzetén végrehajtott küldetések egyik legfontosabb feladata e hatásokkal kapcsolatosan minél több tapasztalat szerzése, és a negatív hatások lehetőségek szerinti minimalizálása, még egyelőre úgy tűnik, hogy egyszerű testedzéssel és különféle tréningprogramokkal nem lehet megoldani a kérdést.
A cikkben tárgyalt Mars űrhajó, bal oldalon a lakómodul, középen a hajtóművek és az üzemanyagtartályok, jobb oldalon a reaktor és a kiszolgálórendszerei
A legésszerűbbnek az tűnik, hogy az űrhajó fedélzetén mesterséges gravitációt kell létrehozni. Ezt kétféleképpen lehet elérni. Az egyik módszer az, hogy az utazás ideje alatt mintegy 10m/s² gyorsítással halad (majd fékez) a hajó, ekkor a haladási iránnyal ellentétesen egy mesterséges nehézkedés jön létre a fedélzeten. Azonban ezen megoldáshoz a jelenleg szóba jöhető hajtóművek embertelen mennyiségű üzemanyagot igényelnének, ami nagy és nehéz űrhajót feltételez.
A másik lehetőség, hogy a lakómodult egy erőkar végén forgatni kell (vagy ha elég nagy méretű a lakómodul, akkor akár maga a lakómodul foroghat körbe), és ekkor a centripetális erőnek köszönhetően a körmozgás külső palástja felé mesterséges gravitáció jön létre. Ez megoldás lehet a problémára, de persze itt is van pár dolog, ami még tisztázásra vár, és már jó ideje keresik a lehetőségeket a NASA-n belül. Ahhoz, hogy a Földi gravitációhoz hasonló nagyságú erő hasson a fedélzeten, akkor 894 méteres rádiusznál (tehát 1788 méteres átmérőnél) percenként 1 fordulatra van szűkség, ez persze hatalmas űrhajót jelentene, vagyis kisebb átmérőt, de nagyobb fordulatszámot követel meg (itt található egy netes kalkulátor a számításhoz).
Egy ideális Mars közeli (2018-as) és egy kevésbé ideális (2026-os) Mars-utazás pályaszámításai
A fordulatszám növelése ugyanakkor bizonyos problémákat is von maga után, mégpedig az, hogy a lábunk és a fejünk forgási sebessége között lesz egy kis különbség. A földi tesztek szerint olyan percenkénti 3-as fordulatszámtól kezdhetnek a rosszullét jelei mutatkozni, ám ezekhez idővel hozzászokhat a szervezet, ám olyan 7,5-es fordulatszámtól kezdve már a szervezet egyre nehezebben birkózik meg a szokatlan körülményekkel, 10 feletti fordulatszámtól pedig mindenki rosszul lett. Az ezzel kapcsolatos kutatások ugyanakkor még viszonylag kezdeti stádiumban vannak - egyes kísérletek szerint például az emberi test ha adnak rá elég időt, akár percenként 25 fordulathoz is képes alkalmazkodni, ám az ezzel kapcsolatos kérdések megválaszolásához még sok munkájuk lesz a tudósoknak és a mérnököknek.
Az adott NASA tervben percenkénti négy fordulattal számolnak, ami egy jó köztes megoldás, ekkora fordulatszámhoz feltehetően a legtöbb ember gond nélkül alkalmazkodik, és a lakómodul sugarának "csak" 56 méteresnek kellene lennie. Ugyan ez még mindig azt jelenti, hogy teljes űrhajónak mintegy 120 méteresnek kell lennie, de ez is sokkal vonzóbb, mint a kilométer feletti méretek esete. De hogy lehetne ekkora hajót építeni? Egyben felküldeni nehézkes lenne, egy űrbéli összeszerelés pedig még egy viszonylag járatlan út, ezért ha csak lehet, el szeretnék kerülni. Megoldásként egy frappáns ötlettel álltak elő: az űrhajó kvázi három részegységre oszlik, ezeket pedig összecsukló keret tartja össze.
A három részegység közül az egyik végen a lakókabin, a másik végen a vele hozzávetőleg azonos tömegű nukleáris reaktoregység lesz, és a súlypontba kerülnek az üzemanyagtartályok és a hajtóművek. A fellövés után az összecsavarodott keret Föld körüli pályán kiegyenesedik, a reaktoregység hűtőradiátorai kinyílnak, a Transhab-féle lakómodult pedig felfújják. A legénység csak ez után veszi birtokba az űrhajót, amely függően a hajtómű üzemanyag igényétől, és az ebből jövő szükséges üzemanyag-mennyiségtől, illetve a tömegcsökkentési megoldásoktól 106-194 tonna lenne a feltöltve, indulásra készen.
A viszonylag kis tömeget azon az áron érik el, hogy az űrhajó egyetlen feladata csak a Föld körüli pályáról a Mars körüli pályára, majd onnan vissza elvinni a személyzetet. A dokumentáció nem számol azzal, hogy a személyzetet a Mars űrhajóhoz szállító űrhajó dokkolva marad az út folyamán, azzal csak felszállítják a személyzetet az út előtt, majd a Marsnál átszállnak egy már ott várakozó leszálló-űrhajóba. Az űrhajó szintén nem visz semmiféle felszerelést a Marsra, mindent előre odaküldenek, azokat már a személyzetnek csak birtokba kell vennie.
A lakómodul külső és belső váza, főbb részei
A felfújva 8,3 méter külső átmérőjű lakómodul három szintes. A felvázoltak szerint az alsó szinten az étkező és élelmiszertárolók, a középső szinten a pihenő és alvóhelységek, a felső szinten pedig az orvosi, tudományos és az űrhajót irányító munkaállomások vannak elhelyezve. A lakómodul mintegy 193 m3 lakható belteret nyújt a 6 űrhajósnak - viszonyításképpen az ISS a 2008-ban csatlakoztatott Columbus és Kibo modulokkal 358 m³, az űrsiklók pedig 71 m³ hasznosítható beltérrel rendelkeznek.
A mesterséges gravitáció miatt a személyzet a földi életvitelhez hasonló körülmények között élhet, tehát hagyományos ágyban aludhat, hagyományos székeken ülhet az asztalok mellett, a WC-k is hagyományos kiképzésűek, illetve hétköznapi mosdók és akár zuhanyfülke is a rendelkezésükre állhat a tisztálkodáshoz. A nukleáris reaktorok miatti energiabőségnek köszönhetően fagyasztókban lehet tárolni az élelmiszereket, a konyhában elektromos, illetve mikrohullámú sütő is elhelyezhető, ráadásul a személyzet szórakoztatásáért felelős elektromos eszközök terén (tv, hifi, videojáték) sem kell spórolni. A lakómodul alján csatlakozhat a személyzet átszállásához használt űrhajó, a tetején pedig egy zsilip található, ha esetleg valamilyen műszaki hiba miatt űrsétát kellene tenni.
A lakómodul három szintjének belső elrendezése
Az űrhajó másik végén található a két kálium hűtőközeget használó forraló típusú reaktor, amelyek egyenként 15 MW hőteljesítményűek, és összesen hat, egyenként 1,1 MW-os turbógenerátor segítségével állítják elő az elektromos energiát. A keletkező hőt két nagyméretű, összesen mintegy 700 m2 felületű radiátor sugározza ki az űrbe. A folyékony fémes reaktortechnológia ugyan nem a legegyszerűbben kivitelezhető, de ugyanakkor nagyon jó a teljesítmény-tömeg aránya, ami ez esetben döntő indok mellette. A szekció alján egy wolfram / lítium-hidrid árnyékpajzs található, amely a lakómodul irányába elnyeli a káros sugárzások jelentős részét, és odáig már csak legfeljebb 1 rem (0,01 Gy) sugárzás juthat a reaktorból, ami már nem jelent komoly egészségügyi veszélyt.
A hajtóműszekciónak két MPD- (magneto-plazmadinamikus) vagy ionhajtóműve van, az előbbi üzemanyaga lítium, az utóbbié argon. A hajtómű folyamatos működés közben 15 newton tolóerőt ad le, ami ugyan elég szerény, de az utazás ideje alatt folyamatosan működhet. Az űrhajó a Föld-Hold L1 pontból (egyes Föld-Hold Lagrange-pont, ahol a Föld és a Hold gravitációs ereje a Holdhoz képest stabil pozícióban tarthat egy űrhajó vagy űrállomást) indulna, a Föld és a Mars pályájától függően 660-710 napos lenne a teljes küldetés, amiből 90 napot töltenének az űrhajósok a Mars felszínén.
NASA - egyedül vagy együttműködve?
A NASA egyik nagy jövőbeni kérdése az, hogy miként valósítja meg a közép- és hosszútávú terveit. Az ISS űrbázis kapcsán sok kritika érte a NASA-t, mivel a nemzetközi együttműködés nem volt éppen zökkenőmentes. Részben ezeket is teszik felelőssé az ISS-sel kapcsolatos helyzetért, mely szerint az eredeti tervekhez képest lassabban, drágábban épül, ráadásul az eredeti tervek, miszerint 6-7 fős állandó személyzet végezhet tudományos munkát rajta, mára szinte teljesen megfakultak. Csakhogy hozzá kell tenni, hogy a NASA, illetve a NASA költségvetését felügyelő szervek is tehetnek arról, hogy például a CRV vagy az amerikai lakómodul nem készült el, ezek nélkül pedig az eredeti terveknek megfelelő kihasználás nem lehetséges.
Az Európai Űrügynökség, az ESA megkereste az amerikai felet a Bush által felvázolt űrbéli jövőképpel kapcsolatban, még 2004-ben. A kérdés arra vonatkozott, hogy betársulnának-e a programba, a válasz viszont egy határozott nem volt. Az űrhajókat és a kiszolgáló rendszereket, beleértve a hordozórakétákat tisztán amerikainak akarják tudni. Tisztázásra került később, hogy továbbra is együttműködni szándékoznak a nagy partnereikkel, mint az európai ESA vagy a japán JAXA, ám azt, hogy ez az együttműködés miben és hogyan nyilvánulhat meg, még tisztázására vár. Sokan azt várják az új amerikai vezetéstől, hogy nyitottabbá teszi majd a NASA működését, ennek egy jelét abban látják, hogy a szakértői gárdája vizsgálja azt, hogy az Orion űrhajó az európai Ariane V, illetve a japán H-2A hordozórakétával is indítható lenne-e, ezzel pedig a Constellation program nemzetközivé bővülhetne.
Orion
Az Orion kiindulási alapja azonos az 1960-as években tervezett Apollo űrhajóval. Két fő modulból, a csonka kúp alakú parancsnoki modulból (CM, Command Module) és a hengeres műszaki modulból (SM, Service Module) áll. Teljes tömege várhatóan 20,5 tonna lesz.
A parancsnoki modul átmérője 5 méter, magassága 3,3 méter, a hasznos belső térfogata valamivel több, mint 10 köbméter. Eredetileg 6 űrhajós befogadását írták elő, de a jelenlegi tervek szerint a Holdhoz csak 4 főt visz, a nemzetközi űrállomáshoz pedig 3-at, tehát a szállítható személyek száma 4 főre csökkent. A személyzet létszámának kérdése egyébként azért érdekes, mert eredetileg ez alapján határozták meg a méreteket is, illetve azt, hogy a 6 fős személyzethez igazított 5,5 méteres átmérő miatt alkalmatlanok lennének a jelenlegi hordozórakéták.
Balra az Orion űrhajó legutóbbi tervének fantáziarajza, jobbra parancsnoki moduljának kitöréses ábrája - klikk a nagyobb változathoz
A személyzet fejlett számítógépes rendszereken keresztül irányíthatja az űrhajót, amely a legtöbb manővert teljesen automatikusan lesz képest végrehajtani, beleértve a dokkolást is. Érdekesség, hogy az összes eddigi amerikai űrhajó és űrrepülőgép kézi irányítással dokkolt, míg a szovjeteknél már 1971-ben, a Szaljut-1-en volt automatikus dokkoló rendszer. Az adatok és információk megjelenítésére színes kijelzők szolgálnak, amelyek a Boeing 787-es repülőgépen alkalmazott rendszer módosított változatai. A fedélzetén elhelyeznek egy WC-t is, ami egy ilyen kisméretű űrhajón némi kihívást jelentett.
A belső légkör hagyományos nitrogén-oxigén keverék, tengerszintnek megfelelő nyomáson. Az oxigén utánpótlása a műszaki modulból történik, de a visszatérés előtti szétválás után a parancsnoki modul belsejében még néhány órára elegendő tartalék van. Az oxigén, víz és szennyvíz a modul és a műszaki modul között egy külső csatlakozáson keresztül közlekedik, ezt a parancsnoki modul leválása előtt leoldják.
Visszatérés a Földre, légzsákokkal tompítva a becsapódást - az egyik lehetséges megoldás
Az Orion visszatérésekor a műszaki modulról leválik a parancsnoki modul, és a Szojuz, illetve Apollo űrhajókhoz hasonlóan ballisztikus pályán tér vissza. A modul alján lévő pajzson hővédő réteg található, amely a légkörbe való visszatéréskor elégve óvja meg az űrhajó alumíniumötvözetből készült szerkezetét a óriási hőterheléstől, majd a sűrűbb légkörbe érve három hatalmas ejtőernyő fékezi le. Az eredeti elképzelés szerint az Apollótól eltérően az Orion a szárazföldre tér vissza, nem pedig a tengerre, közvetlenül a föld felett pedig légzsákok nyílnak ki, amelyek tompítják a becsapódást. Utóbb azonban olyan lehetőségek is felmerültek, hogy súlytakarékosság miatt elhagyják a légzsákrendszert, és ugyanúgy vízre szállna le az űrhajó, mint őse a '60-as '70-es években. A parancsnoki modul újra felhasználható, a tervek szerint egy modul tíz alkalommal tehet utazást a világűrbe és vissza.
A műszaki modul nyújt otthont az elektromos rendszerek ellátásáért felelős napelemeknek, a pályamódosításokhoz szükséges hajtóműnek és üzemanyagnak, és a hosszú távú kommunikációnak. A személyzet által elhasznált levegőből is ebben a modulban vonják ki a szén-dioxidot, és az elhasznált oxigént pótolva innen juttatják vissza. A személyzet által termelt hulladékot és szennyvizet is itt tárolják zárt rendszerben. Mivel napelemeket használnak a korábban alkalmazott üzemanyagcellák helyett, ezért víztartályokra is szükség lett.
A műszaki modul kitöréses ábrája
Az űrsikló esetén az elektromos áramot egy hidrogén-oxigén üzemanyagcellákat használó rendszer termeli, és a mellékterméket, vagyis a tiszta vizet a személyzet felhasználhatja a dehidratált élelmiszerek elkészítéséhez, illetve közvetlen elfogyasztásra. Ebben a modulban helyezték el a hőháztartási rendszert, amely a parancsnoki modul belső hőmérsékletéért és a műszaki modul elektromos rendszereinek viszonylag stabil hőmérsékletéért felel. Ez egy folyadékhűtő/fűtő rendszer, amely víz-glikol keveréket használ, mint egy autó hűtőrendszere, és a felesleges hőt a műszaki modul külső részén elhelyezett radiátorok segítségével sugározza ki az űrbe.
Az Orion repülhet személyzet nélküli változatban is, ekkor a parancsnoki modult tehermodullal cserélik le, amely a személyzet, illetve a személyzet számára szükséges fedélzeti rendszerek, székek, kijelzők helyett az űrállomás működéséhez szükséges élelmiszert, vizet és tudományos eszközöket vihet.
Altair
A Constellation program holdkompja az Altair nevet kapta, és ahogy az egész program is, még erősen formálódó állapotban van. Az alapkoncepció maradt az Apollo program holdkompjánál alkalmazott két modulból álló rendszer. Érdekesség, hogy bár a Lockheed Martin és a Boeing is felvette a lehetőséget, hogy más megközelítést alkalmazzanak, mint az eredeti Apollo-programban, ezt a NASA mégis elvetette.
Balra az Altair és az Orion összekapcsolódva, a Hold közelében, jobbra pedig már a Holdon
A leszállófokozatban négy RL-10 típusú hajtómű van, és a hajtóműveken valamint az üzemanyagon kívül a Hold felszínére szánt hasznos terhet is benne helyezik el. A második modul a lakó-visszatérő modul, amelyen egyetlen RL-10-alapú rakétahajtómű található. Az új Hold-programban a régivel ellentétben a személyzet egésze leszáll a Hold felszínére, tehát mind a négy fő átszáll a holdkompba, az Orion pedig üresen kering a Hold körül, amíg vissza nem tér a személyzet. Az űrhajósok egyhetes, holdfelszínen történő tartózkodásra rendezkedhetnek be, de egy későbbi holdbázis építésekor a holdkomp több mint fél évig is működhet.
Egy alternatív, hasra szálló holdkomp elképzelés a Lockheed Martin műhelyéből
A lakómodulnak külön zsilipje van, így a Hold felszínén való munka után az űrhajósok nem hordják be a holdport a lakómodulba. Az Apollo program holdkompja esetében az egész modult használták zsilipként, tehát miután visszatértek és az ajtót bezárták, a holdkomp belsejét feltöltötték levegővel és kibújtak az űrruhájukból, de az így behordott por sok kellemetlenséget okozott. Az Altair fedélzeti irányítórendszere ugyanolyan, mint az Orioné, vagyis az irányítása is teljesen azonos alapképzést igényel.
EDS
Az EDS az Earth Departure Stage, vagyis a Föld vonzáskörzetét elhagyó fokozat, a Hold-utazásban ugyanazt a szerepet tölti be, mint a Saturn IV-B fokozata. Az EDS-t és az Altair holdkompot egy ARES V orrán elhelyezve lövik fel, majd a második fokozat leválása után saját J-2X hajtóművével Föld körüli pályára áll, és itt várja az ARES I-gyel indított Orion űrhajót. Az Orion hozzácsatlakozik az összekapcsolt EDS-Altair pároshoz, majd az EDS hajtóműveit újra begyújtva Hold körüli pályához elegendő sebességre gyorsítja a holdkompot és az űrhajót, majd leválik.
Az EDS, rajta az Altair és hozzácsatlakozva az Orion
A jelenlegi tervek szerint az EDS 55,9 tonna hasznos terhet juttathat közvetlenül Hold körüli pályára, illetve ha az Orion is csatlakozott, akkor összesen 63,9 tonnát. Az EDS fokozat használható más hasznos terhek, például bolygókutató űrszondák indítására is, mint például a nagyobb méretű Mars-szondákhoz.
Holdjáró
A NASA lehetőleg már az első visszatéréskor szeretné, ha az Apollo küldetésekhez képest sokkal komolyabb tudományos kutatást végeznének. Az egyik eszköz ehhez egy olyan jármű, amellyel az űrhajósok jelentősebb távolságot tehetnek meg leszállás után. A kisméretű, túlnyomásos kabinú terepjáró (Small Pressurized Rover - SPR) koncepciót jelenleg vizsgálják Arizona sivatagaiban. A hatkerekű jármű minden kereke hajtott, és egymástól függetlenül kormányozható. Belsejében két űrhajós fér el, akiknek két ágy, illetve azokat felhatva két munkaállomásuk van, továbbá egy kis WC a két ágy között.
A SPR holdjáró tesztverziója
Szellemes a holdsétához való ki- és beszállás megoldása. A két űrruha a jármű hátfalához van állítva, és hátulról lehet egy ajtón keresztül beléjük bújni. A kettős ajtót bezárva már indulhatnak is gyalogos felfedezőtúrájukra, visszatérve pedig zsilipelés nélkül, könnyedén visszatérhetnek a terepjáró túlnyomásos utasterébe anélkül, hogy a behordott por miatt kellene aggódniuk. A jármű egy feltöltéssel mintegy 1000 kilométert tehet meg, és legfeljebb két hétre távolodhat el a bázistól.
Az SPR és az új űrruha tesztverziója
Az Armstrong holdbázis
Jelenleg több elképzelés is van, hogyan lehetne a tartós emberi jelenlétet fenntartani a Holdon, ezek azonban még csak korai tervek és egyszerűbb tesztek szintjén mozognak. A holdbázisnak belélegezhető légkört, élelmet és vizet kell nyújtania a személyzetnek, de meg kell óvja őket a napkitörések hatásaitól is, és mindezek mellett még a lehetőségek szerint komfortosnak is kell lennie. Az egyik lehetőség egy felfújható épület.
Egy felfújható holdfelszíni lakómodul prototípusa
A felfújásnál ne feltétlenül levegőre gondoljunk, hanem inkább egy speciális, megkeményedő habra; melyet leengedni már nem lehet, ha egyszer felépítették. Ez a megoldás megkönnyíti a szállítást és a mozgatást, miközben a tömeget is alacsonyan tartja. A napkitörésekkor nyújtandó védelmet úgy biztosíthatják, ha a holdfelszín alá költözik a bázis, pontosabban beássák az épületeket. A mindennapi élethez szükséges energiát egy kisméretű, mintegy 40 kW elektromos teljesítményű nukleáris reaktor biztosíthatja.
Noha elsőre a nukleáris erőforrásnál a napelemek használata kézenfekvőbbnek tűnne, a Hold kis forgási sebessége miatt mintegy kéthetes éjszaka megkérdőjelezi e megoldás életképességét. A napelemek igazán csak a két sarkon lehetnének folyamatosan használhatóak, ott is csupán akkor, ha egy toronyra szerelve forognának mindig a Nap irányába. Ez ugyanakkor kétségkívül komoly opció, így egyes Holdbázis tervezeteken is napelemekre támaszkodnának az energiaellátás terén.
Egy lehetséges koncepció a Hold északi sarkára tervezett bázishoz, ahol az energiaellátást napelemek biztosítják
Érdekes megoldás lehet a mobil bázis, az ATHLETE nevezetű hatlábú járműalváz. A hat láb mindegyikén különálló meghajtással egy-egy kerék van, amelyeket különféle szerszámokkal lehet ellátni, ezáltal például manipulátorrá vagy talajfúróvá alakulnak. Az ATHLETE hátán elhelyezett lakómodullal hatalmas távolságokat lehet megtenni, tovább növelve a kutatási lehetőségeket.
Az ATHLETE demonstrációs bemutatója, a hátukon holdbázis elemek makettjével
A holdbázis célja egyfelől a tapasztalatszerzés egy távoli űrbázis létrehozásával kapcsolatban, a holdkutatás kibővítése, illetve esetlegesen egy későbbi embereket a Marsra eljuttató programban a Mars-űrhajó üzemanyagának előállítása. Utóbbi a Hold felszínén megtalálható vízjég bányászatával lenne megvalósítható, ott, ahol megfelelő mennyiségben hozzáférhető. A Holdon még egy érdeklődésre okot adó anyag található, ez pedig a hélium hármas izotópja, a He3, ami a várakozások szerint nagyon jó üzemanyag lehet egy fúziós reaktornak. Persze emiatt még nem kell egyből a Holdra rohanni, hiszen jelenleg az energiatermelésre képes fúziós reaktor is csak a jövő zenéje. Mars - a távlati cél
A konkrét Mars-utazásra vonatkozó tervek első példái Von Brauntól származnak 1947-ből, aki egy egész űrflottát indított volna a Mars felé. Von Braun többször is finomította (és karcsúsította) terveit, majd az 1950-es és '60-as években már a legtöbb komolyabb amerikai űripari cég előállt saját elképzelésével. A Szovjetunió sem akart lemaradni, ők is több elképzelést vizsgáltak meg. A tervek gyártása folyamatos volt, mindig volt valami új technológiai megoldás vagy ötlet, amit be lehetett építeni, vagy új tudományos felfedezés a Marssal kapcsolatban, amit figyelembe kellett venni. Ilyen tényezők voltak a nukleáris rakétahajtóművek, de például Von Braun első űrhajóinak még szárnyai voltak, mivel sokkal sűrűbbnek hitték a légkört.
A Von Braun féle Mars űrhajó fantáziarajza, az akkori tudás legjavát képviselte, de ma már tudjuk, hogy nem működött volna
Az elképzelésekben tehát nincs hiány, az viszont, hogy ember léphessen a Marsra, meglehetősen drága mulatság, és az egyéb prioritások miatt az 1970-es évek második felében háttérbe szorult. 1985-ben egy Sally Ride, az első amerikai űrhajósnő által vezetett csapat egy ambiciózus tervel állt elő, amely 2005-re embert juttatna a Marsra. A terv ugyan rövid ideig élvezett reflektorfényt, de továbbra sem lett elkülönítve pénz a gyakorlati megvalósításra.
A NASA-n kívül Robert Zubrin állt elő egy, a korábbiaknál jóval szerényebb összegből megvalósítható Mars-programmal, amely mellett a NASA néhány elképzelést összesítve referencia-küldetéseket állított fel, a különféle technológiák és megközelítések összehasonlítására. Zubrin aktívan lobbizott a saját Mars-terve mellett, de miután a kormányzat nem osztozott a lelkesedésében, úgy döntött, hogy létrehozza a Mars Society nevű civil kezdeményezést, amely az emberi Mars-misszió hátterével, a megvalósítás lehetőségeivel és ezek propagálásával próbálkozik.
A Mars Society fantáziarajza egy Mars-küldetésről
A Mars űrhajóval kapcsolatban több kérdés is megválaszolásra vár még. Az egyik legfontosabb, hogy hány fős személyzet indul majd. Ettől függ a lakómodul mérete, a szükséges ellátmány mennyisége, stb. Ki kell választani a meghajtás módját is: a hagyományos kémiai rakétahajtóműves meghajtás valószínűtlen, az egyik legnépszerűbb opció a nukleáris alapú meghajtás. Ezt rögtön két megoldás felé lehet bontani, az egyik egy nukleáris reaktor által táplált ion-hajtómű, ami ugyan kis tolóerőt nyújt csak, de cserébe hónapokig működhet.
Az ion-hajtómű már többször bizonyított kisebb űrszondáknál, a technológiában pedig sok kiaknázható potenciál van még, így igen jó esélyekkel indul. A másik lehetőség, hogy a reaktort magát használni hajtóműként, például úgy, hogy a hajtóanyagot átvezetik a forró reaktormagon, amely felhevülve és kitágulva nyújtana tolóerőt. Utóbbi nagyobb fajlagos tolóerőt nyújtana, tapasztalatok viszont csak az 1960-as években végzett kísérletekben szerzettek állnak rendelkezésre. A NASA mindkét módszer lehetőségeit aktívan kutatta a Prometheus program keretében, amely eredetileg egy nagyobb méretű Jupiter-szondához szántak, de ugyebár semmi sem akadályozza meg, hogy ezt később egy embereket szállító űrhajóban is felhasználják. Ám a Constellation program egyik hozománya volt, hogy egyes költséges kutatások, amelyek nem a személyzettel ellátott űrhajókhoz kapcsolódtak, várakozó pályára kerültek - így a Prometheus is.
A Jupiter Icy Moons Orbital nevű űrszonda lett volna a Prometheus egyik első működő űrhajója. Elől a nukleáris reaktor, majd a nagy méretű radiátor, ami fölösleges hőt szétsugározza, hátul pedig a tudományos modul és a hajtóművek
A George W. Bush által 2004-ben meghirdetett Constellation program szerint középtávon, 2030 körül embert küld Amerika a Marsra. A NASA leporolta a régi referencia-küldetésterveket, beleillesztette az ARES hordozórakétákat és az Orion űrhajtót, és jelenleg ezekre alapozza az egyelőre még távolba vesző Mars-utazást. A tervek közül most egy innovatívabb megoldást ragadunk ki bemutatás céljából, de mivel a program e része még erősen képlékeny állapotban leledzik, ezért lehet, hogy semmi köze nem lesz a később megvalósuló (már ha valaha is megvalósul ebben a formában) Constellation programhoz.
A Mars-űrhajó ezen változata az egyik legnagyobb problémára keres megoldást, ez pedig a mesterséges gravitáció hiánya. Kicsit mókásnak hat, de a súlytalanság, ami az űrutazás egyik fő velejárója, egyben a legnagyobb veszélye is. Az emberi szervezet a tartós súlytalanságra drasztikus válaszreakciókat ad, így jelentősen leépül a csontvelő és az izomállomány, amely igencsak megkeserítheti a hosszú utazásból Földre hazatérő űrhajósok életét. Ugyan a Föld körül keringő űrállomások, mint a MIR és az ISS fedélzetén végrehajtott küldetések egyik legfontosabb feladata e hatásokkal kapcsolatosan minél több tapasztalat szerzése, és a negatív hatások lehetőségek szerinti minimalizálása, még egyelőre úgy tűnik, hogy egyszerű testedzéssel és különféle tréningprogramokkal nem lehet megoldani a kérdést.
A cikkben tárgyalt Mars űrhajó, bal oldalon a lakómodul, középen a hajtóművek és az üzemanyagtartályok, jobb oldalon a reaktor és a kiszolgálórendszerei
A legésszerűbbnek az tűnik, hogy az űrhajó fedélzetén mesterséges gravitációt kell létrehozni. Ezt kétféleképpen lehet elérni. Az egyik módszer az, hogy az utazás ideje alatt mintegy 10m/s² gyorsítással halad (majd fékez) a hajó, ekkor a haladási iránnyal ellentétesen egy mesterséges nehézkedés jön létre a fedélzeten. Azonban ezen megoldáshoz a jelenleg szóba jöhető hajtóművek embertelen mennyiségű üzemanyagot igényelnének, ami nagy és nehéz űrhajót feltételez.
A másik lehetőség, hogy a lakómodult egy erőkar végén forgatni kell (vagy ha elég nagy méretű a lakómodul, akkor akár maga a lakómodul foroghat körbe), és ekkor a centripetális erőnek köszönhetően a körmozgás külső palástja felé mesterséges gravitáció jön létre. Ez megoldás lehet a problémára, de persze itt is van pár dolog, ami még tisztázásra vár, és már jó ideje keresik a lehetőségeket a NASA-n belül. Ahhoz, hogy a Földi gravitációhoz hasonló nagyságú erő hasson a fedélzeten, akkor 894 méteres rádiusznál (tehát 1788 méteres átmérőnél) percenként 1 fordulatra van szűkség, ez persze hatalmas űrhajót jelentene, vagyis kisebb átmérőt, de nagyobb fordulatszámot követel meg (itt található egy netes kalkulátor a számításhoz).
Egy ideális Mars közeli (2018-as) és egy kevésbé ideális (2026-os) Mars-utazás pályaszámításai
A fordulatszám növelése ugyanakkor bizonyos problémákat is von maga után, mégpedig az, hogy a lábunk és a fejünk forgási sebessége között lesz egy kis különbség. A földi tesztek szerint olyan percenkénti 3-as fordulatszámtól kezdhetnek a rosszullét jelei mutatkozni, ám ezekhez idővel hozzászokhat a szervezet, ám olyan 7,5-es fordulatszámtól kezdve már a szervezet egyre nehezebben birkózik meg a szokatlan körülményekkel, 10 feletti fordulatszámtól pedig mindenki rosszul lett. Az ezzel kapcsolatos kutatások ugyanakkor még viszonylag kezdeti stádiumban vannak - egyes kísérletek szerint például az emberi test ha adnak rá elég időt, akár percenként 25 fordulathoz is képes alkalmazkodni, ám az ezzel kapcsolatos kérdések megválaszolásához még sok munkájuk lesz a tudósoknak és a mérnököknek.
Az adott NASA tervben percenkénti négy fordulattal számolnak, ami egy jó köztes megoldás, ekkora fordulatszámhoz feltehetően a legtöbb ember gond nélkül alkalmazkodik, és a lakómodul sugarának "csak" 56 méteresnek kellene lennie. Ugyan ez még mindig azt jelenti, hogy teljes űrhajónak mintegy 120 méteresnek kell lennie, de ez is sokkal vonzóbb, mint a kilométer feletti méretek esete. De hogy lehetne ekkora hajót építeni? Egyben felküldeni nehézkes lenne, egy űrbéli összeszerelés pedig még egy viszonylag járatlan út, ezért ha csak lehet, el szeretnék kerülni. Megoldásként egy frappáns ötlettel álltak elő: az űrhajó kvázi három részegységre oszlik, ezeket pedig összecsukló keret tartja össze.
A három részegység közül az egyik végen a lakókabin, a másik végen a vele hozzávetőleg azonos tömegű nukleáris reaktoregység lesz, és a súlypontba kerülnek az üzemanyagtartályok és a hajtóművek. A fellövés után az összecsavarodott keret Föld körüli pályán kiegyenesedik, a reaktoregység hűtőradiátorai kinyílnak, a Transhab-féle lakómodult pedig felfújják. A legénység csak ez után veszi birtokba az űrhajót, amely függően a hajtómű üzemanyag igényétől, és az ebből jövő szükséges üzemanyag-mennyiségtől, illetve a tömegcsökkentési megoldásoktól 106-194 tonna lenne a feltöltve, indulásra készen.
A viszonylag kis tömeget azon az áron érik el, hogy az űrhajó egyetlen feladata csak a Föld körüli pályáról a Mars körüli pályára, majd onnan vissza elvinni a személyzetet. A dokumentáció nem számol azzal, hogy a személyzetet a Mars űrhajóhoz szállító űrhajó dokkolva marad az út folyamán, azzal csak felszállítják a személyzetet az út előtt, majd a Marsnál átszállnak egy már ott várakozó leszálló-űrhajóba. Az űrhajó szintén nem visz semmiféle felszerelést a Marsra, mindent előre odaküldenek, azokat már a személyzetnek csak birtokba kell vennie.
A lakómodul külső és belső váza, főbb részei
A felfújva 8,3 méter külső átmérőjű lakómodul három szintes. A felvázoltak szerint az alsó szinten az étkező és élelmiszertárolók, a középső szinten a pihenő és alvóhelységek, a felső szinten pedig az orvosi, tudományos és az űrhajót irányító munkaállomások vannak elhelyezve. A lakómodul mintegy 193 m3 lakható belteret nyújt a 6 űrhajósnak - viszonyításképpen az ISS a 2008-ban csatlakoztatott Columbus és Kibo modulokkal 358 m³, az űrsiklók pedig 71 m³ hasznosítható beltérrel rendelkeznek.
A mesterséges gravitáció miatt a személyzet a földi életvitelhez hasonló körülmények között élhet, tehát hagyományos ágyban aludhat, hagyományos székeken ülhet az asztalok mellett, a WC-k is hagyományos kiképzésűek, illetve hétköznapi mosdók és akár zuhanyfülke is a rendelkezésükre állhat a tisztálkodáshoz. A nukleáris reaktorok miatti energiabőségnek köszönhetően fagyasztókban lehet tárolni az élelmiszereket, a konyhában elektromos, illetve mikrohullámú sütő is elhelyezhető, ráadásul a személyzet szórakoztatásáért felelős elektromos eszközök terén (tv, hifi, videojáték) sem kell spórolni. A lakómodul alján csatlakozhat a személyzet átszállásához használt űrhajó, a tetején pedig egy zsilip található, ha esetleg valamilyen műszaki hiba miatt űrsétát kellene tenni.
A lakómodul három szintjének belső elrendezése
Az űrhajó másik végén található a két kálium hűtőközeget használó forraló típusú reaktor, amelyek egyenként 15 MW hőteljesítményűek, és összesen hat, egyenként 1,1 MW-os turbógenerátor segítségével állítják elő az elektromos energiát. A keletkező hőt két nagyméretű, összesen mintegy 700 m2 felületű radiátor sugározza ki az űrbe. A folyékony fémes reaktortechnológia ugyan nem a legegyszerűbben kivitelezhető, de ugyanakkor nagyon jó a teljesítmény-tömeg aránya, ami ez esetben döntő indok mellette. A szekció alján egy wolfram / lítium-hidrid árnyékpajzs található, amely a lakómodul irányába elnyeli a káros sugárzások jelentős részét, és odáig már csak legfeljebb 1 rem (0,01 Gy) sugárzás juthat a reaktorból, ami már nem jelent komoly egészségügyi veszélyt.
A hajtóműszekciónak két MPD- (magneto-plazmadinamikus) vagy ionhajtóműve van, az előbbi üzemanyaga lítium, az utóbbié argon. A hajtómű folyamatos működés közben 15 newton tolóerőt ad le, ami ugyan elég szerény, de az utazás ideje alatt folyamatosan működhet. Az űrhajó a Föld-Hold L1 pontból (egyes Föld-Hold Lagrange-pont, ahol a Föld és a Hold gravitációs ereje a Holdhoz képest stabil pozícióban tarthat egy űrhajó vagy űrállomást) indulna, a Föld és a Mars pályájától függően 660-710 napos lenne a teljes küldetés, amiből 90 napot töltenének az űrhajósok a Mars felszínén.
NASA - egyedül vagy együttműködve?
A NASA egyik nagy jövőbeni kérdése az, hogy miként valósítja meg a közép- és hosszútávú terveit. Az ISS űrbázis kapcsán sok kritika érte a NASA-t, mivel a nemzetközi együttműködés nem volt éppen zökkenőmentes. Részben ezeket is teszik felelőssé az ISS-sel kapcsolatos helyzetért, mely szerint az eredeti tervekhez képest lassabban, drágábban épül, ráadásul az eredeti tervek, miszerint 6-7 fős állandó személyzet végezhet tudományos munkát rajta, mára szinte teljesen megfakultak. Csakhogy hozzá kell tenni, hogy a NASA, illetve a NASA költségvetését felügyelő szervek is tehetnek arról, hogy például a CRV vagy az amerikai lakómodul nem készült el, ezek nélkül pedig az eredeti terveknek megfelelő kihasználás nem lehetséges.
Az Európai Űrügynökség, az ESA megkereste az amerikai felet a Bush által felvázolt űrbéli jövőképpel kapcsolatban, még 2004-ben. A kérdés arra vonatkozott, hogy betársulnának-e a programba, a válasz viszont egy határozott nem volt. Az űrhajókat és a kiszolgáló rendszereket, beleértve a hordozórakétákat tisztán amerikainak akarják tudni. Tisztázásra került később, hogy továbbra is együttműködni szándékoznak a nagy partnereikkel, mint az európai ESA vagy a japán JAXA, ám azt, hogy ez az együttműködés miben és hogyan nyilvánulhat meg, még tisztázására vár. Sokan azt várják az új amerikai vezetéstől, hogy nyitottabbá teszi majd a NASA működését, ennek egy jelét abban látják, hogy a szakértői gárdája vizsgálja azt, hogy az Orion űrhajó az európai Ariane V, illetve a japán H-2A hordozórakétával is indítható lenne-e, ezzel pedig a Constellation program nemzetközivé bővülhetne.
