60 éves az a magyar javaslat, amely új alapra helyezte a csillagközi utazás megvalósíthatóságának tudományos kutatását
- Blog
A Nature természettudományos magazin 1966. július 2-i számában rövid cikk jelent meg, amely új módszert javasolt a csillagközi űrutazás megvalósítására. A javaslatot a Naprendszeren kívüli világegyetem felkutatására irányuló újabb próbálkozások történeti sorában a következőképpen helyezte el 2012-es visszatekintésében Freeman J. Dyson elméleti fizikus – aki maga is részt vett a mikro atombomba robbantások sorozatával hajtott csillagközi űrhajó ötletének fejlesztésében 1955 és 1965 között:
„ …mi a csillagokhoz egy Szuper-Orionnak hívott mitikus járműről álmodva igyekeztünk eljutni, de kiderítettük, hogy a bombákból származó energiával elérhető sebesség, legyen az hasadási vagy fúziós bomba, nem lehet nagyobb 2000 mérföld/s-nál. Ez a Naprendszer felderítéséhez szükségesnél százszor gyorsabb, de a fénysebességnek pusztán százada. A legközelebbi csillag 4000-szer távolabb van a Plutónál. A Szuper-Orion egy hónap alatt elérte volna a Plutót, az odaút a Proxima Centaurihoz 400 évbe telne. Ezt a sebességet úgy érhetnénk el, ha az űreszköz százezer bombát vinne magával és legalább egymillió tonna lenne a tömege. Még a legbuzgóbb álmodozók is abszurd lassúnak és megvalósíthatóságát tekintve bizonytalannak találták a tervet. Álmodozhattunk csillagközi utazásról, ám a Szuper-Orion nem bizonyult annak a csodaszőnyegnek, amely a csillagokhoz repíthetett volna bennünket. Az Orion Projekt lezárása után más álmodozók jobb elképzelésekkel érkeztek. 1966-ban Marx György, egy Budapestről publikáló magyar fizikus közzétette a csillagközi utazásra azt a javaslatot, amely lézerhajtású fényvitorlázás néven vált közismertté.”
2022-ben a NASA tanulmányt hozott nyilvánosságra, amely egy olyan űreszköz egy évtizeden belüli megvalósíthatóságának lehetőségét vizsgálta, amellyel a következő fél évszázadban becserkészhető a csillagközi térnek a Nap–Föld átlagtávolságot ezerszeresen meghaladó tartománya. A jelentés a feladat adott időtartamon belüli megoldására fényhajtású űreszköz konstrukcióját javasolta. Ennek az elképzelésnek a gyökereiről a következőket írták: „A Napvitorlás gondolata régi. Űreszköz fény-nyomással történő meghajtását elsőként Ciolkovszkij és Cander vizsgálta a Szovjetunióban, majd Garwin újra »felfedezte« az USA-ban, amit Arthur C. Clarke népszerűsített a sci-fi irodalomban. Végül G. Marx egészítette ki az elképzelést a lézermeghajtás javaslatával.”
E bevezetés után ismerkedjünk meg vázlatosan az űreszközök gyorsítási eljárásainak ismert módozataival, Marx György javaslatával és a megvalósítás útján a közelmúltban tett előrelépésekkel.
Az űrkutatásban jelenleg használt rakéták felgyorsítására kémiai égésben felszabaduló energiát használnak. Egy-egy rakétafokozat elégetésével a holdutazáshoz használt Saturn V rakétáknál 3km/s sebességnövekedést tudtak elérni. A Föld gravitációs terének leküzdésére három fokozatra volt szükség. A Naprendszerből közel négy évtizednyi útjukat követően kijutott Voyager űrszondák egy másik rakétatípussal és az óriásbolygók gravitációs teréből kicsatolt energiával a fénysebesség néhány ezrelékét érték el.
A Naprendszer bolygóinak egy emberi élet hosszánál rövidebb időt igénylő meglátogatására a kémiai égésben nyerhető sebességnél jóval nagyobbra van szükség. A NASA 2019-ben egy Mars-expedíció előkészítésének szándékával újból hozzáfogott a radioaktív hasadás bomlástermékeinek mozgási energiáját hasznosító hajtómű kísérleti fejlesztéséhez. Azonban, mint Dyson idézett értékeléséből látszik, ez sem elegendő ahhoz, hogy csillagutazást tehessünk a legközelebbi csillagrendszerhez, például az Alpha Centauri rendszer egyik tagcsillaga, az élet magasabbrendű jelenlétére esélyes Proxima Centauri b exobolygójához. A fénynek nagyjából 4 évig tart az odaút, tehát egy elképzelt expedíció az oda-vissza utat akkor járhatja be a 40 évnyire becsült emberi aktivitási időszak tartama alatt, ha az űrhajót legalább a fénysebesség két tizedére felgyorsítva bocsátják útra.
A kémiai és a nukleáris üzemanyagoknak jelzett korlátait Marx György korai, 1960-ban közölt számításaival már bizonyította. A lézersugárzás felfedezése késztette újabb megfontolásokra, amelyeket 1966-os cikkében tett közzé. A hagyományos meghajtással Föld körüli pályára állított űreszközön kifeszített „vitorlákkal” javasolta elnyelni a Földről nagyintenzitású lézerfénnyel közvetített erőlökést. Az űreszköz stabil hőmérsékletéhez az elnyelt energiát rendezetlen irányú hősugárzással hatékonyan szét kell szórni. Ez egyben a gyorsítást is optimalizálja, mivel a hősugárzással nem tud visszalökődést okozó impulzus távozni.
A javaslat jelentőségét elsőként a lézeres iongyorsítás alapegyenletét felállító kutatók ismerték fel. Marx György munkájára hivatkozó több tucat közlemény vizsgálta a módszer alkalmazását az orvosi sugárterápiától a magfúziós reakció gyors lézeres beindításáig terjedő tematikus spektrumban.
Egy évtizeddel ezelőtt, 2016-ban egy magánkezdeményezés nyomán jelentős kutatási aktivitás indult az asztronautika területén is. A kaliforniai Szilícium-völgy orosz születésű milliárdosának, Yuri Milnernek Breakthrough alapítványa 100 millió dolláros fejlesztési keretet ígért azzal a céllal, hogy „20 éven belül gramm-skálájú robot űreszközt (StarChip) küldjenek a lakhatónak tűnő Proxima Centauri b exobolygóhoz. Ehhez a szenzorokkal felszerelt űreszközt 100 GW teljesítményű, négyzetkilométer kiterjedésű lézer-hálózattal a fénysebesség 20%-ára kívánták felgyorsítani.” Tehát nem emberi utazásról volt szó, hanem mérőeszközökkel felszerelt észlelőrendszer küldéséről, amely nem tér vissza, de méréseit a Földön történő feldolgozásra visszaküldi. A Breakthrough Starshot névre keresztelt projekt igazgató tanácsának tagja volt Stephen Hawking és Freeman Dyson is.
A StarChip mikroszondák útnak indítási lépései: 1. Az anyaűrhajó Föld körüli pályára bocsát több ezer, néhány gramm tömegű és centiméter méretű szondát; 2. A szondák méteres átmérőjű fényvisszaverő „vitorlákat” feszítenek ki; 3. Több ezer földi telepítésű lézer összehangolt gigawatt teljesítményű fénysugárzását fókuszálják az egyes szondákra; 4. Mintegy 10 perc tartamú sugárzással a fénysebesség 15-20%-ára gyorsítják a szondát; 5. A nagyon pontos sebességirányítású szondák 20-25 éves útra indulnak a Proxima Centauri b felé.
A végső stratégia több száz (esetleg ezer) kozmikus küldöncből álló sereg centiméter méretű StarChip egységeinek egymást követő, időben esetleg több évre széthúzott indítását célozta meg. Az elmúlt években laboratóriumi demonstráció szintjén el is jutottak tucatnyi impulzus üzemű lézer sugárzásának tartós összehangolásáig. Intenzív anyagfizikai kutatások indultak a StarChip körül az űrben kifeszülő vitorla fólia anyagának fejlesztésére. Kívánt vastagságát a szappanbuborék vastagságával jellemezték, 99,999%-os fényvisszaverő képességet, továbbá a csillagközi tér részecskéivel történő ütközésekkel és a gyorsító szakaszban a nehézségét 40.000-szeresen meghaladó gyorsulással szembeni szilárdságot követeltek meg tőle.
Az első látásra egymásnak ellentmondó technológiai követelmények teljesítése útján 2022-re kísérleti teszteket is kiállt konstrukciókat fejlesztettek. A spektrográfiai elemzések eredményeinek, valamint a fényképeknek visszajuttatásához az eddigi űrbeli kommunikációs távolságoknál 100 milliószor távolabbra kellene jeleket küldeni. A jelgyengülés ellensúlyozására a Földhöz vezető úton közbenső állomások elhelyezését javasolták, amelyek felerősített jelek továbbküldésére adnak lehetőséget. 2019-ben száznál több egységből álló StarChip-flottát tudtak Föld körüli pályára állítani, és közöttük helyzetkorrigáló kommunikációt is megvalósítottak. A 2025-ös programigazgatói jelentés, amelyben az eredmények és kihívások aktuális szintjét összefoglalták, a kitűzött célok eléréséhez szükséges időt további 50 évre növelték. Az Alapítvány talán erre reagálva 2025. októberben felfüggesztette a projekt megvalósítását, bár az eredetileg felajánlott támogatásból csak 5 millió dollárt fordított a kutatásokra. Az elért eredményeket bizonyára hasznosítják a bolygóközi térséget felderítő eszközök fejlesztésében. Például a csillagközi térből érkezve a Naprendszeren áthaladó aszteroidák vagy üstökösök megközelítésénél és kísérésénél a napfénnyel hajtott fényvitorlások akár egy évtized múlva már színre léphetnek. Marx György úttörő megfontolásai hosszútávú stratégiát alapoztak meg.
(Patkós András, az MTA rendes tagja, ELTE Atomfizikai Tanszék)
Részletesebb ismertetés olvasható a szerzőnek a Természet Világa folyóirat 2026. februári számában megjelent cikkében: „A csillagokig és vissza? (Kozmikus vándorok és küldöncök)
Borítókép: Pexels, Zelch Csaba