Bolygókutatás, űrkutatás

A Naprendszer megismerésében ugrásszerű fejlődést jelentett a bolygók mellett elrepülő, körülöttük keringő vagy a felszínükre leszálló űrszondák indítása.

• Az űrkutatás kulcsa a rakéta, az egyetlen olyan meghajtási mód, amely a csaknem teljesen légüres világűrben egyáltalán működni képes. A rakéta a hatás-ellenhatás elve alapján működik: ha egy fúvókából forró gázok áramlanak ki adott irányba, akkor ez a rakétát az ellenkező irányba löki. A rakéta folyamatosan gyorsul, egészen addig míg az üzemanyaga el nem fogy. A rakéta végsebessége a kiáramló gázok sebességétől és a szerkezet tömegarányától függ (ez a rakéta és az üzemanyag együttes tömegének és a rakéta tömegének a hányadosa).

• Ahhoz, hogy a rakéta leküzdhesse a földi gravitációt és kijuthasson a világűrbe, legalább az első kozmikus sebességet el kell érnie. A ma használatos rakéták hatógázainak kiáramlási sebessége ennél lényegesen kisebb, így a földi gravitáció vonzása csak nagy tömegarány (vagyis sok üzemanyag kell hozzá) esetén küzdhető le. Ezért a rakétatervezők egymás tetejére rakva több lépcsőt képeznek ki (vagy néhány "lépcsőt" egy központi mag köré csoportosítva helyeznek el), s ezek a lépcsők üzemanyagkészletük kifogytával sorban leválnak ezzel javítva a rakéta tömegarányát.

• 
  Az első rakéták indítása óta az űrrepülés műszaki fejlődése gyors ütemben haladt. Űrszondák repültek el elsősorban a Hold, majd -a Merkúrtól a Neptunuszig- az összes nagybolygó mellett. Pályára álltak a Vénusz, a Hold, és a Mars körül, sőt az utóbbiak felszínére is leszálltak. Emberek jártak a Holdon, ahonnan kőzetmintákat hoztak a Földre, s ahol távirányítású automatikus holdjárók közlekedtek. Az 1980-as években az űrszondák megközelítettek két üstököst, 1991-ben és 1993-ban pedig kisbolygókat. A Galileo-űrszonda jelenleg (1996) Jupiter körüli pályán van, légkörkutató egysége pedig nemrégen behatolt a Jupiter felhőtakarója alá. Elképzelhető, hogy a jövő század elején újra űrhajósok lépnek a Hold felszínére, és hogy ugyancsak a jövő század során a Marsra is eljuthat ez ember. A csillagászok munkáját Föld körül keringő távcsövek segítik. A bolygók kutatása folytatódik. A közeljövőben talán automatikus szondával talajmintát lehet hozni a Marsról egy Föld körül keringő laboratórium fedélzetére (biztonsági okokból nem a Földre). A már rendszeresen közlekedő űrrepülőgéppel bonyolult műszerek is Föld körüli pályára állíthatók, mint például az 1990-ben a Hubble űrtávcső, amit már javítottak is az űrben (most már jól működik).

  

• Az űrszondák nagyon sok féle műszert visznek magukkal az éppen meghatározott feladat végrehajtásához (pl. a napszél részecskéinek a számlálásához vagy az építendő űrbázis alkatrészeit, vagy műholdakat). (további képek: 86 k, 96 k)

• Az űrszondákat kétféleképpen láthatják el energiával. A belső Naprendszerben működő űrszondák egészen a Marsig a napenergiát hasznosítják. Az űr távolabbi tereit kutató szondákat miniatűr nukleáris erőművekkel szerelik fel.

• Az űrszondák rádióadóinak nem kell túlságosan erősnek lennie ahhoz, hogy vegyék a Földről hatalmas erővel leadott jeleket, a földi irányítók viszont venni tudják az űrszonda jeleit. (Ha pedig nagyobb teljesítményt akarnak elérni akkor nem nyílik ki az űrszonda antennája, ahogyan ez a Galileoval történt. Az is igaz, hogy a találékony irányítók mindent elkövettek, ... sajnos hiába.)

  
  

• Ahhoz, hogy egy űrszonda a leggazdaságosabban jusson el egy másik bolygóra, elliptikus útvonalat kell követnie. Ezt az útvonalat a kigondolója után (1925) Hohmann-féle átmeneti pályának nevezzük.

  • Egy külső bolygó eléréséhez az űrhajót a Föld mozgásával egyező irányba indítják, azaz a Napra vonatkozó sebessége megegyezik a Föld keringési sebességének és az űrhajó Földhöz viszonyított sebességének az összegével. Mivel az űrhajó sebessége nagyobb a Földénél, az űrhajó fokozatosan kifelé halad a Naprendszerben. A pályának naptávolban érintenie kell a Mars pályáját (marsutazás esetén). Feltéve, hogy az utazást pontosan időzítették, az űrhajónak és a bolygónak egyazon pillanatban kell elérnie azt a pontot és a találkozásnak be kell következnie. Magasabb üzemanyag-fogyasztással az űrhajó laposabb ívet leírva előbb is elérheti a megcélzott égitestet.

  • Ha az úticél egy belső bolygó, akkor az űrhajót a Föld keringési irányával ellentétesen indítják. Így a Napra vonatkozó sebessége egyenlő a Föld mozgási sebességének és az űrhajó Földre vonatkozó sebességének a különbségével. Az űrhajó ebben az esetben a Földnél lassabban mozog, s a Naphoz közelítő ellipszispályán halad.

  • Ha az űrhajónak a célbolygó körüli zárt keringési pályára kell átállnia, akkor be kell indítania a hajtóműveit, hogy sebességét a bolygó szökési sebességénél kisebbre csökkentsék. Adott távolságra a bolygótól meghatározható a körsebesség. Ezzel a sebességgel az űrhajó kör alakú pályán kering a bolygó körül. Az űrhajó elvben kör alakú pályára állítható, a gyakorlatban azonban, ha sebessége csak némileg tér is el a körsebességtől, ellipszis alakú pályán fog haladni.

  • Ha a küldetés célja az, hogy az űrhajó elszáguldjon az adott égitest mellett, akkor ehhez nem szükséges több üzemanyagot elégetnie. Ilyenkor ugyanis az űrhajó hiperbolának nevezett nyílt görbét követve a bolygó szökési sebességénél gyorsabban halad el az égitest mellett.

  • Amikor az űrhajó olyan bolygóval találkozik közelről, mint a Jupiter (azaz a bolygóra vonatkozóan hiperbolikus pályát követve), akkor a bolygó gravitációs terét energiájának növelésére vagy csökkentésére használhatja fel, s ekképpen fokozva vagy mérsékelve a Napra vonatkoztatott sebességét, útirányát is megváltoztathatja. Ennek az úgynevezett hintamanővernek köszönhetően küldhetők űrhajók egészen a Nap közelébe. Ha a Jupiter utolér egy közelébe került űrhajót, hatalmas gravitációs vonzásával magával ragadja és korábbi sebességét jóval meghaladó sebességre gyorsíthatja. Az ilyen találkozás a Napra vonatkozó szökési sebességet is meghaladó sebességre gyorsíthatja az űrhajót. Ez első ízben a Pioneer-10-zel történt meg, amely 1973-ban közelítette meg a Jupitert, majd úton a csillagközi tér felé 1983-ban jutott a Plútó pályáján túlra.