Nukleáris hulladék jelentheti a túlélést az épülő amerikai holdbázis számára

Az emberiség ismét a Hold felé tekint, de a huszonegyedik századi űrverseny szabályai és céljai alapvetően megváltoztak az Apollo-program korszaka óta. A cél már nem a puszta eljutás és a szimbolikus zászlókitűzés, hanem az állandó, fenntartható jelenlét megteremtése. Ennek a víziónak a megvalósítása azonban egy olyan brutális fizikai akadályba ütközik, amelyet a hagyományos, napenergiára épülő űripari megoldásokkal lehetetlen leküzdeni.

Tyler Bernstein, a TEDxPaloAlto eseményén tartott előadásában részletesen elemezte azt a technológiai és geopolitikai kihívást, amellyel az Egyesült Államoknak szembe kell néznie, ha komolyan gondolja a Hold gyarmatosítását. A szakember rámutatott, hogy a megoldás paradox módon egy már évtizedekkel ezelőtt feltalált technológiában, és az amerikai állam számára jelenleg is tehertételt jelentő nukleáris hulladékokban rejlik.

A tizennégy napos sötétség csapdája

A Hold környezeti viszonyai drasztikusan eltérnek a földi megszokottól. Mivel égi kísérőnk lényegesen lassabban forog a tengelye körül, mint a Föld, a felszínének legtöbb pontján a nappalok és az éjszakák két-két hétig tartanak. Ez a tizennégy napos sötétség, amelyet a csillagászat holdi éjszakának nevez, extrém kihívás elé állítja a mérnököket.

Amikor a napfény eltűnik, a hőmérséklet drámai mértékben, mínusz 280 fokra (Fahrenheit, cca 138 °C– a szerk.) zuhan. Ez a dermesztő hideg nem pusztán az emberi élet számára teszi alkalmatlanná a környezetet, de fizikai pusztítást is végez a gépekben: a fémek megrepednek, az elektronikai berendezések pedig menthetetlenül megfagynak.

Ezt a kíméletlen valóságot az Egyesült Államok a közelmúltban a saját kárán is megtapasztalhatta. Tavaly egy amerikai kereskedelmi vállalat űrszondája hajtott végre sikeres Holdra szállást, amely önmagában is komoly mérnöki teljesítménynek számít. Azonban – ahogy Bernstein előadásában kiemelte – az űreszköz kizárólag napenergiára és akkumulátorokra támaszkodott. Ennek következtében a szonda csupán a kéthetes holdi nappal során tudott működni, majd a holdi éjszaka beálltával, a fagyos sötétségben alig néhány óra leforgása alatt totálisan tönkrement. A projekt, amely 100 millió dollárjába került a NASA-nak és az amerikai adófizetőknek, mindössze néhány napos működést tudott felmutatni.

Kína nukleáris lépéselőnyben

Az amerikai kudarc különösen éles kontrasztot alkot a legfőbb geopolitikai rivális, Kína űrprogramjának eredményeivel. Bernstein hangsúlyozta, hogy Kína jelenleg is rendelkezik működő eszközzel a Hold felszínén, és a Chang'e-4 leszállóegységük 2019 óta folyamatosan, megszakítás nélkül üzemel.

Ennek a hosszútávú sikernek a titka nem a fejlettebb napelemekben keresendő, hanem a nukleáris energiában. A kínai űreszköz nukleáris áramforrást használ, ami lehetővé teszi számára, hogy gond nélkül átvészelje a két hétig tartó, fagyos holdi éjszakákat. A sikeres robotizált küldetésekre építve Kína már azt is egyértelművé tette, hogy a közeljövőben embereket kíván juttatni a Hold felszínére.

Nem hasadás, hanem bomlás: a radioizotópos generátorok

Fontos tisztázni, hogy az űrkutatásban használt nukleáris energia alapvetően különbözik a földi atomerőművekben megszokott technológiáktól. Bernstein rámutatott, hogy a holdi túlélés kulcsa nem a maghasadás (fisszió) vagy a magfúzió, hanem az úgynevezett radioizotópos energiaellátó rendszerek (Radioisotope Power Systems) alkalmazása.

Ezek az eszközök rendkívül kompaktak, akár egy ember tenyerében is elférnek. Működésük alapja a radioaktív anyagok természetes bomlása. Olyan anyagokat használnak fel, amelyek felezési ideje évtizedekben mérhető, és a bomlási folyamat során folyamatosan hőt bocsátanak ki. Ezt a termelődő hőt kétféleképpen lehet hasznosítani:

• Közvetlenül az űreszköz belső hőmérsékletének fenntartására, megvédve az elektronikát a fagyástól.
• Nagyobb rendszerek esetén a hőből elektromos áram generálható, amely biztosítja az eszközök folyamatos, megszakítás nélküli működését a holdi éjszaka heteiben is.

Egy felélesztésre váró amerikai örökség

Az Egyesült Államoknak azonban nem kell a nulláról feltalálnia ezt a technológiát. Valójában az USA volt az az ország, amely az 1950-es években feltalálta a radioizotópos áramellátást.

Az Apollo-program során az amerikai űrhajósok rutinszerűen vitték magukkal és hagyták a Hold felszínén ezeket a rendszereket. Bernstein példaként említette az Apollo 12 missziót, felidézve egy fotót, amelyen Alan Bean űrhajós éppen plutóniumot kezel a Hold felszínén. Ezek a hátrahagyott, nukleáris energiával működő tudományos műszerek évekig működtek hibátlanul, és a mai napig a legértékesebb holdi adatokat szolgáltatták a tudományos közösség számára.

A technológia nem csak a Holdon bizonyított. A Naprendszer határait kutató Voyager űrszondák szintén radioizotópos generátorokat használnak. Ahogy távolodtak a Naptól, a napenergia használata lehetetlenné vált, de a nukleáris áramforrásoknak köszönhetően közel ötven évvel az indulásuk után, már a csillagközi térben járva is napi szinten küldenek jeleket a Földre.

Jogosan merül fel a kérdés: ha az USA találta fel a technológiát, ha használták az Apollo-küldetések során, és ha Kína ma is sikerrel alkalmazza, miért egy néhány nap után megfagyó, napenergiás szondát küldtek a Holdra tavaly?

A plutónium-szűk keresztmetszet

A válasz Bernstein szerint tisztán logisztikai és gyártási természetű: a radioizotópos energia egyszerűen nem állt rendelkezésre a kereskedelmi misszió számára.

Évtizedeken keresztül ezt a technológiát az amerikai kormányzat szigorú monopóliumban tartotta, és a rendszereket egyenként, kézi munkával építették meg. Az üzemanyagként használt plutónium-238 egy rendkívül ritka és nehezen előállítható izotóp, amelyet szigorúan be kellett osztani a legfontosabb, kiemelt küldetések között.

Ez a lassan őrlő, bürokratikus modell tökéletesen működött egy olyan korszakban, amikor a NASA évtizedente mindössze egyetlen nagyszabású missziót indított – például a Plútó felfedezésére. Ez a tempó és mennyiség azonban teljesen alkalmatlan egy állandó holdbázis felépítéséhez és fenntartásához.

A 20 milliárd dolláros mesterterv

Az idő pedig sürget. Ahogy azt Jared Isaacman, a NASA igazgatója a közelmúltban bejelentette, Amerika hivatalosan is elindította a holdbázis-építési programját. Ez egy 20 milliárd dolláros kezdeményezés, amelynek keretében az elkövetkező években űreszközök tucatjait fogják a Hold felszínére juttatni.

A hivatalos menetrend szerint az építkezés feszített tempóban zajlik majd:

• 2027: Szinte havi rendszerességgel indulnak személyzet nélküli űrszondák a Holdra.
• 2028: Újra emberek lépnek a Hold felszínére.
• 2030-as évek: Létrejön a tartós, állandó emberi jelenlét.

Bernstein szavai szerint ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a jövőben a Holdra felnézve tudni fogjuk: amerikaiak élnek és dolgoznak ott, tudományos munkát végeznek, infrastruktúrát építenek, és biztosítják az Egyesült Államok stratégiai pozícióját.

Ez a bázis azonban nem egyik napról a másikra, hanem misszióról misszióra fog felépülni. Holdjárók, leszállóegységek, navigációs jeladók, kommunikációs relék és lakómodulok tucatjainak kell majd egyszerre, éveken át megbízhatóan működnie. Mindez csak akkor lehetséges, ha ezek az egyedi egységek képesek túlélni az éjszakát, és idővel egyetlen, összefüggő infrastruktúrává tudnak összeállni.

Hulladékból űripari üzemanyag

A megoldás kulcsa a radioizotópos rendszerek gyártásának radikális felpörgetése, mondhatni iparosítása. Bernstein hangsúlyozta, hogy az iparág és a kormányzat évek óta dolgozik olyan rendszerek kifejlesztésén, amelyek hozzáférhetőbb és bőségesebb üzemanyagokat használnak a ritka plutónium-238 helyett.

Ennek az új iránynak a leginnovatívabb eleme a nukleáris hulladékok újrahasznosítása. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma hatalmas mennyiségű nukleáris hulladékot tárol országszerte. Ez az anyag jelenleg folyamatosan bomlik, passzív tehertételt és komoly felelősséget jelentve az adófizetők számára. A jövő tervei szerint ezt a hulladékanyagot fogják újrahasznosítani, hogy üzemanyagot biztosítsanak az új generációs űrbéli áramforrások számára.

A szakember kiemelte, hogy mindez már rég nem csak egy elméleti elképzelés. A technológiát megépítették, tesztelték és bizonyították a működőképességét. Sikerült átvágni a szabályozási és bürokratikus akadályokat, és jelentős beruházások történtek a szükséges infrastruktúra kiépítésébe. A feladat most a gyors cselekvés és a termelés ipari szintre emelése.

Miért maradunk a Holdon?

A második űrverseny tétje jóval túlmutat a puszta dicsőségen. A tartós holdi jelenlét stratégiai és gazdasági szempontból is kritikus az emberiség jövője szempontjából.

A Hold egy négymilliárd és fél éves érintetlen időkapszula, amely alapvető válaszokat rejthet a Föld, a Nap és az egész Naprendszer kialakulásával kapcsolatban. Emellett a felszínen található nyersanyagok kitermelése olyan új iparágak fejlődését is felgyorsíthatja a Földön, mint a kvantumszámítástechnika vagy a fúziós energia.

A legfontosabb erőforrás azonban a Hold déli sarkvidékén található jég. Ennek kitermelésével és feldolgozásával lélegezhető levegőt, valamint rakétaüzemanyagot lehet előállítani helyben. Ez a folyamat nemcsak az emberi kolónia túlélését biztosítja, hanem a Holdat egy tranzitállomássá, egy jövőbeli indítóállomássá alakíthatja, ahonnan az emberiség elindulhat a Mars és a Naprendszer távolabbi pontjainak meghódítására.

Ahhoz azonban, hogy mindez a grandiózus jövőkép valósággá váljon, az elkövetkező években induló amerikai misszióknak meg kell tanulniuk túlélni a holdi éjszakát. Ahogy Tyler Bernstein rámutatott: „A túlélés képessége az éjszakában az, ami megkülönbözteti a Hold újbóli meglátogatását attól, hogy képesek legyünk ott is maradni.”
Címlap kép: erdekesvilag.hu