Hogyan juttatjuk el a dolgokat az űrbe?

A műholdakat és űrhajókat úgy indítjuk az űrbe, hogy tonnányi hajtóanyagot szállító rakétákra rakjuk őket. A hajtóanyagok elég energiát adnak a rakétának ahhoz, hogy elrugaszkodjon a Föld felszínétől. A Föld gravitációjának vonzása miatt a legnagyobb, legnehezebb űreszközöknek a legnagyobb rakétákra és a legtöbb hajtóanyagra van szükségük.

A GRACE Follow-On űrszonda 2018 májusában állt pályára. Credit: NASA/Bill Ingalls

Hogyan indul el egy rakéta?

Már több mint 300 évvel ezelőtt egy Isaac Newton nevű tudós három alapvető törvényt fogalmazott meg, amelyek leírják a dolgok mozgását. Az egyik törvény kimondja, hogy minden hatásnak van egy egyenlő és ellentétes reakciója. Ez a legfontosabb gondolat áll a rakéták működésének hátterében.

Hitel: NASA/JPL-Caltech

Ha látunk képeket vagy videókat egy kilövésről, láthatjuk, hogy a rakéta alján kipufogógáz áramlik ki. A kipufogógáz a rakéta hajtóanyagainak elégetéséből származó lángok, forró gázok és füst.

A kipufogógáz a rakéta hajtóművéből nyomul ki a föld felé. Ez a hatóerő. Válaszul a rakéta az ellenkező irányba kezd el mozogni, felemelkedik a talajról. Ez a reakcióerő.

Amikor egy rakéta elindul, tovább fog menni?

Ez nem ilyen egyszerű. A Föld gravitációja még mindig lefelé húzza a rakétát. Amikor a rakéta elégeti a hajtóanyagokat és kipufogógázt lök ki, az egy felfelé irányuló erőt hoz létre, amit tolóerőnek nevezünk. A kilövéshez a rakétának annyi hajtóanyagra van szüksége, hogy a rakétát felfelé lökő tolóerő nagyobb legyen, mint a rakétát lefelé húzó gravitációs erő.

Credit: NASA/JPL-Caltech

A rakétának legalább 17 800 mérföld/órás sebességre kell felgyorsulnia – és a légkör nagy része felett, a Föld körüli íves pályán kell repülnie. Ez biztosítja, hogy ne húzza vissza a földre. De ami ezután történik, az más és más, attól függően, hogy hová akarunk eljutni.

Hogyan kering a Föld körül:

Tegyük fel, hogy egy műholdat akarunk fellőni, amely a Föld körül kering. A rakéta elindul, és amikor elér egy bizonyos távolságot a Földtől, elengedi a műholdat.

Credit: NASA/JPL-Caltech

A műhold pályán marad, mert még mindig van lendülete – a rakétától felvett energia -, amely egy irányba húzza. A Föld gravitációja egy másik irányba húzza. Ez a gravitáció és a lendület közötti egyensúly tartja a műholdat a Föld körüli pályán.

Credit: NASA/JPL-Caltech

A Földhöz közel keringő műholdak erősebben érzik a Föld gravitációjának vonzását. Ahhoz, hogy pályán maradjanak, gyorsabban kell haladniuk, mint egy távolabb keringő műholdnak.

A Nemzetközi Űrállomás mintegy 250 mérfölddel a Föld felett kering, és óránként körülbelül 17 150 mérföldes sebességgel halad. Hasonlítsuk ezt össze a követő- és adattovábbító műholdakkal, amelyek segítségével információkat kapunk más NASA-küldetésekről és más NASA-küldetésekről. Ezek a műholdak több mint 22 000 mérföld magasan keringenek, és sokkal lassabban haladnak – körülbelül 6 700 mérföldet óránként -, hogy fenntartsák magas pályájukat.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Hogyan juthatunk el más bolygókra:

Ha egy másik bolygóra akarunk eljutni, gyors mozgású rakétára van szükségünk, hogy legyőzzük a Föld gravitációját. Ehhez körülbelül 25 000 mérföld/órás sebességre kell felgyorsulnod. De azt is ki kell találnod, hogy mikor a legjobb elhagyni a Földet, hogy eljuss arra a bolygóra.

A Mars és a Föld például körülbelül kétévente éri el a legközelebbi távolságot egymáshoz. Ez a legjobb időpont a Mars-utazásra, mivel a legkevesebb hajtóanyagot és időt igényel az odajutás. De akkor is a megfelelő időben kell indítanod a rakétát, hogy az űrhajó és a Mars egyszerre érjen ugyanoda.

Az utazást is alaposan meg kell tervezned, ha a külső Naprendszerbe szeretnél eljutni. Ha például űrszondát küldesz a Szaturnusz tanulmányozására, akarsz-e útközben találkozni a Marssal és a Jupiterrel?