Új Szó - Vasárnap, 1978. január-június (31. évfolyam, 1-26. szám)
1978-03-19 / 12. szám
TUDOMÁNY TECHNIKA FŰLDI ERŐFORRÁSOK FELMÉRÉSE A VILÁGŰRBŐL Tovább folytatják a földi erőforrások (ásványi kincsek, mezőgazdasági termés, víztartalékok stb.) felmérését a világűrből. Az AIR et COSMOS c. folyóirat a szovjet, francia és indiai kutatásokról és tervekről tájékoztatja olvasóit. KOZMOSZ-HOLDAK A RAKÉTATUDOMÁNY FEJLŐDÉSE A rakétát már csaknem 2500 éve ismerték és használták, mégsem tudták, mi az a rejtélyes erő, amely a lőporral megtöltött bambuSzcsövecskét oly sebesen mozgatja. Az újkori fizika atyja, Isaac Newton 1687- ben kimondott 2. törvénye adta meg e rejtély kulcsát, amely kimondta, hogy a zárt rendszerekben minden erőhatással szemben fellép egy ellenkező irányú, egyenlő nagyságú erőhatás. A rakétaelv megértéséhez elegendő egy roppant egyszerű kísérletet elvégezni. Az autoszi- fon szódáspatronját fel lehet függeszteni két hurok segítségével egy kifeszített huzalra (szárítókötélre) oly móaon, hogy a patron tengelye mentén szabadon végigfuthasson a kifeszített huzalon. Nyugalmi állapotban a patron nagy nyomás alatt széndioxidot tartalmaz. Pascal törvényének értelmében a gáz az edény (patron) falára minden irányban egyenlő nyomást fejt ki. Ha azonban a patron zárólemezét kilyukasztják, a lyukon a gáz nagy sebességgel kezd kiáramlani, a belső nyomás- és erőegyensúly felbomlik, a patron nagy sebességgel végigszalad a drótpályán, a gázkiáramlással ellentétes irányban. Már a kínaiak is tapasztalták, hogy minél könnyebb a bambuszcső és minél több puskaport tartalmaz, annál messzebb száll a rakéta. Valójában csak a newtoni fizika ismerte fel a mozgásmennyiség megmaradásának törvényét: e szerint nem csupán a kiáramló gáz (égéstermék) tömege, de annak kiáramlási sebessége is meghatározó tényező, ezek szorzata — a mozgás- mennyiség — az az impulzus, amely a rakétát ellenkező irányban mozgatja. Tehát azonos töltet s nagyobb gázkiá- ramlási sebesség mellett a rakéta sebessége is nagyobb lesz. A gázkiáramlási sebességet azonban a hajtóanyag égési gyorsasága, illetve hatásfoka határozza meg. Természetesen az lenne az ideális, ha a hajtóanyag egész tömege energiává alakulna át, ezt az energia- mennyiséget Einstein híres képletében fektette le (E = mc2). A valóságban ez csak anyag — antianyag találkozásakor, vagy fénysebességen következhet be (akkor a rakéta és utasai is energiává alakulnának!), igya kutatóknak meg kellett elégedniük a vegyi átalakuláson alapuló, az égésfolyamatok során felszabaduló energiával. A lőpor -290 000, a nitroglice- rin 768 000, az alkohol és oxigén keveréke 1 360 000 kmp (kilopondméter) energiát képvisel. Egy kilopondméter energia 1 kg anyagot 1 m magasra emel. Ahhoz, hogy 1 kg tömeget a világűrbe kijuttassunk, 6 370 000 kmp munkára van szükség. (Elméletileg tehát csaknem 5 kg hidrogén és oxigén képes 1 kg hasznos tömeget föld körüli pályára juttatni). A rakéták motorjaiban a tüzelőanyag magas hőmérsékleten (1500—5000 C°) egyesül az ak- tivátorral (oxigén). Minél nagyobb az égés hőfoka, annál nagyobb sebességgel áramlanak ki a gázrészecskék a fúvó- kákon, annál nagyobb sebességgel repül a rakéta. Ennek a nagyon egyszerű tételnek azonban konstrukciós akadályai vannak. Ezeket a magas hőmérsékleteket csak nagyon kevés anyag képes elviselni. Hiszen pl. a wolfram 3300 C°-on me'golvad, de ennél sokkal alacsonyabb hőmérsékleten is deformálódik nagyobb nyomáson. Ezért a kutatók igyekezete nagyrészt a magas hőmérsékleteknek ellenálló ötvözetek kutatására irányult. Egyrészt sikerült speciális keramikai ötvözeteket kikísérletezniük, másrészt igyekeztek megoldani az égéstér falainak megfelelő hűtését. Az első rakéták még benzin- gyújtásúak voltak, ezeket azonban hamarosan felváltották az alkohol és víz keverékével működő rakéták. Később az alkohol aktivátoraként salétromsavat alkalmaztak, ezzel sikerült elérni a 3480 m/s kiáramlási sebességet. Ez természetesen még kicsi volt, hiszen ahhoz, hogy a rakéta föld körüli pályára juthasson, 7,8 km/s sebességgel kell közlekednie. Hamarosan a folyékony hidrogén és oxigén keveréke felé fordult a figyelem. Sikerült is elérni 5170 m/s-os gázkiáramlási sebességet, azonban hosz- szú időn keresztül ezt a keveréket alig alkalmazták heves robbanékonysága miatt. A rakétarepülés legfontosabb törvényeit Ciolkovszkij állapította meg. Elsőként neki sikerült a rakéta végsebességét kiszámítani a gázkiáramlási sebességből. E szerint a rakéta végsebessége a gázkiáramlási sebesség és a tömegarány természetes alapú logaritmusának szorzata (v = w. InR), a rakéta tömegaránya az indulási és a végső tömeg hányadosa. (Égés közben a rakéta állandóan veszít súlyából.) E szerint a rakéta akkor éri el végsebességként a gázkiáramlási sebességet, ha a hasznos teher minden kg tömegét 1,72 kg hajtóanyag szállítja. Ha azt akarjuk, hogy a végsebesség a gázkiáramlási sebesség kétszerese legyen, akkor minden kg hasznos terhet 6,4 kg hajtóanyagnak kell szállítania. (Ez hidrogén-oxigén keveréknél több mint 10 km/s.) Természetesen ezek elméleti adatok, a valóságbeliek ettől jóval elmaradnak. Mivel égés közben a gázok nagy nyomást fejtenek ki az égéstér falaira, ezért megengedhetetlen, hogy az égés 2500 —3000 C°-nál magasabb hőmérsékleten menjen végbe. Ellenkező esetben deformálódnék az égéskamra. Ez azonban a gázkiáramlási sebesség > csökkenését vonja maga után. Először karbiddal, később grafittal vonták be az égéstér belsejét. Később különféle nagyon magas olvadáspontú, höálló kerámiaötvözeteket kísérleteztek ki a kutatók, ezek vegyi összetétele természetesen hétpecsétes titoknak számít. Kezdetben vízzel hűtötték az égésteret, ez a mód azonban nehézkessége miatt nem nyert teret. Hermann Oberthtól származik az ötlet, hogy az égéstér falát befecskendezett vízgőzzel hűtsék. A holt teher csökkentése érdekében Ciolkovszkij azt javasolta, hogy az oxidáns egyben hűtőfolyadék is legyen. A mai rakéták e két hűtési mód kombinációját használják. Már régóta nyilvánvaló volt, hogy a legjobb fűtőanyag a hidrogén, azonban robbanékonyságán kívül is nehezen kezelhető: olvadáspontja mínusz 260 C°, forráspontja mínusz 253 C°. Hasonlóképpen oxidánsa, az oxigén olvadáspontja mínusz 218 Celsius fok, forráspontja mínusz 183 C°. Ahhoz, hogy szobahőmérsékleten folyékonyak legyenek, nagy nyomáson kell tartani. További komoly problémát az üzemanyag tartályból az égéstérbe való juttatása jelentette. Kezdetben semleges gáz nyomásával érték ezt el (főleg a benzin-hajtóanyagú rakétáknál), a 2. világháború alatt kezdték alkalmazni az üzemanyag-szivattyúkat. Már akkori teljesítményük is tiszteletreméltó volt: másodpercenként egy mázsa fűtőanyagot tudtak az égéstérbe juttatni, ez azonban csekélység a mai férfiököl nagyságú szivattyúk fantasztikus teljesítményeihez képest: több tonna üzemanyagot tudnak az égéstérbe juttatni 40 000 ford/s mellett! Bár elméletileg már 3500 m/s gázkiáramlási sebességnél el lehet érni az 1. kozmikus sebességet (7,8 km/s), amivel föld körüli Pálira lehet rakétát juttatni, 5000 m/s gázkiáramlási sebesség mellett* pedig a 2. kozmikus sebességet is elérheti a rakéta (11,3 km/s), amivel a Föld vonzásköréből meg lehet „szökni“ (szökési sebesség), ezek az elméleti adatok azonban nem rrhetőkel, mivel az égés nem ideális, a gázkiáramlás sem tökéletes, egyéb műszaki nehézségek is határt szabnak az elérhető sebességnek. Emiatt hamarosan a Ciolkovszkij által ajánlott „rakétavonatok“ — a többlépcsős rakéták felé fordult a figyelem. Ez megjavítja a rakéta tömegarányát, így a végsebessége is nagyobb lesz. Kétlépcsős rakétának 33 %-kal, háromlépcsősnek 45 %-kal nagyobb a végsebessége az azonos tömegű egyszerű rakétákénál. A lépcsők számát nem érdemes tovább emelni, mivel végtelen számú lépcső esetén is csak 70 %-kal lesz nagyobb az utolsó fokozat végsebessége az egyszerű rakétánál, ezért a gyakorlatban háromlépcsős rakétánál nagyobbat nem használnak. OZOGÄNY ERNŐ A francia szaklap beszámol arról, hogy a földi erőforrások felmérését a Szovjetunióban Kozmosz-holdakkal és űrállomásokkal végzik. Most fejezték be a kartográfusok, geodéták és légi- fénykép-értelmezők a Szaljut-5 űrállomásról 1976 nyarán készült felvételek értékelését. A felvételek 250 km magasságból készültek, és a Szovjetunió hatalmas területeit ábrázolják. Végigfotózták Közép-Ázsia térségét, többek között Gazli vidékét is, ahol 1976-ban földrengés pusztított. Számos felvétel készült a Volga- deltáról és más folyamok deltavidékéről. Ázsiai tavakat is fényképeztek, ahol esetleg vízi erőműveket építhetnek. Ismeretes, hogy a Szovjetunióban igen gazdag, részben még kiaknázatlan nyersanyag-, olaj- és földgázkészletek vannak. A földi próbafúrásokat a világűrből és a levegőből készített fényképes felderítés előzi meg a kutatásra érdemes területek kijelölésére. Így térképezték fel a Szaljut-5 űrhajósai a fémekr ben gazdag Altáj-hegységet, és így kutatják az olaj- és földgázmezőket. A Pamir és a Kaukázus vidékének hidrológiai erőforrásait és végigfényképezték. Szovjet kartográfusok nagyobb pontosságú térképeket szeretnének készíteni a Fekete-tenger, az Azovi-tenger, az Ural-tó, a Bajkal-tó és a Kaspi-tenger térségéről. A világűrből készített felvételek ehhez is alapot nyújtanak. INDIAI ÉS FRANCIA KUTATÁSOK Az indiai SEO (Satellite for Earth Observation) földi erőforrás-kutató holdat 1978 nyarán szovjet hordozórakétával állítják pályára. A 420 kg-os mesterséges hold nagy teljesítményű tv-kameráinak csöveit a francia Thomson CSF gyárban készítették el. Az indiaiak már ez évben a Szovjetunióba küldik a SEO hold prototípusát, hogy előkészíthessék az 1978-as fellövést. A francia Nemzeti Űrkutatási Központ szakértői nemrégiben nyilatkoztak az 1983-ban pályára állítandó francia erőforrás- felmérő mesterséges holdról. A tervek szerint a SPOT-ot (Systeme Probatoire d’Observation de la Terra) 1983-ban lövik fel háromlépcsős ARIANE típusú rakétával. A 700 kg súlyú mesterséges hold két nagy teljesítményű kamerával kutatja a Föld felszínét. Az egyik 100 méteres feloldóképességgel az infravörös tartományban, a másik 20 méteres feloldóképességgel az infravöröshöz közeli tartományban dolgozik. Ez a program kb. 900 millió frankot emészt fel, beleértve a hordozórakéta árát is. A SPOT-holdat 1985-ben követi társa. A két francia mesterséges hold a szovjet és az amerikai programokhoz hasonlóan termésbecslést végez, hidrológiai erőforrásokat mér fel, fényképezi a tenger és a folyók szennyezettségét, urbanizációs és kartográfiai feladatokat old meg, hal- padckat derít fel és szemmel tartja az óceánokon úszó jéghegyeket. Szakértők szerint a SPOT-hold műszerezettsége magasabb színvonalú, mint a jelenlegi LANDSAT-1-2-3 holdaké, és eléri az 1981-ben pályára kerülő LANDSAT-D amerikai hold műszaki színvonalát. Francia szakemberek egyébként a Földnek a világűrből való vizsgálatát 10 esztendő óta készítik elő. Műszereket fejlesztenek, és ezeket ballonon, repülőgépeken, mesterséges holdakon próbálják ki. Az Interkozmosz-program keretében felbocsátott műholdak előkészítésében szovjet, csehszlovák és NDK-beli szakemberek vesznek részt. A felvételen az Interkoz- mosz—10 műhold látható, a felületén elhelyezett berendezésekkel és a szétnyitható napelemekkel 1978. III. 19. 16 Ez a Luna automatikus űrállomás 1970-ben kőzetmintákat hozott a Holdról
