60 éve jártunk először a világűrben – Gagarin úttörő repülése

Csillagvizsgáló Svábhegyi

Hatvan évvel ezelőtt hajtotta végre legendás repülését Jurij Gagarin, az első ember, aki kijutott az űrbe és megkerülte a Földet a Vosztok 1 fedélzetén. Ehhez a gigászi teljesítményhez, amely hatalmas lökést adott az emberes űrutazásoknak, rengeteg izgalmas lépés vezetett: az első középkori kínai hadirakétáktól kezdve, a legendás V2 csodafegyverén át, Belkáig és Sztrelkáig, az első űrutazást túlélő nőstény űrkutyákig! Cikkünkben bemutatjuk a rögös utat, amit az emberiség megtett a világűrbe jutásig, és megvizsgáljuk az első emberes űrrepülés műhelytitkait is!

A rakéták története

Az első feljegyzett eszköz, ami a rakéták működési elvét, a hatás-ellenhatást használta, egy kb. i.e. 400-ból származó feljegyzés, amiben egy Archytas nevű görög egy gőzhajtású famadarat “röptetett” egy kifeszített kötélen.

Közel száz évvel később az Alexandriai Hérón épített egy gőzhajtású eszközt, egy aeolipile-t. Felfüggesztett egy gömböt két csőre, amikben az alatta lévő felforralt víz gőze tudott belejutni. A gömbön elhelyezett két L-alakú csövet, amiken ez a gőz ki tudott áramlani. Így, ha eléggé felfűtötte a gömb alatti tárolóban lévő vizet, a gömb elkezdett forogni a kiáramló gőztől.

Hérón aeolipiléje, forrás: grc.nasa.gov

Ezek a korai eszközök még nem igazán tekinthetők rakétának. A mai, modern rakéták ősei valószínűleg Kínában bukkantak fel először. Egyes források szerint először bambuszt töltöttek meg kezdetleges puskaporral, amiket tűzre dobáltak vallásos események alkalmával. Elképzelhető, hogy ezek közül pár nem robbant fel, csak meggyulladt benne a robbanóanyag és így a kiáramló gázok miatt elszálltak ezek a bambuszcsövek.

Később elkezdtek kísérletezni ezekkel a csövekkel és először nyílvesszőkhöz rögzítették őket. Aztán rájöttek, hogy nyílvesszők nélkül is képesek repülni ezek a primitív szerkezetek. Az első alkalom, amikor valódinak tekinthető rakétákat használtak, 1232-ben történt, méghozzá hadászati céllal. A kínaiak a Kai-Keng-i csatában rakétákat vetettek be a mongolok ellen. Az egyre kifinomultabb használat nyomán valószínűleg Kínából jutottak el Európába is ezek a szerkezetek később.

A 15. századig Európában is kísérleteztek rakétákkal. Egy angol szerzetes, Roger Bacon kifejlesztett egy jobb fajta puskaport, ami megnövelte ezen eszközök hatótávolságát. A francia Jean Froissart rájött, hogy ha egy csőből lövik ki a rakétákat, akkor pontosabban lehet velük célozni. Az olasz Joannes de Fontana pedig egy vízfelszínen közlekedő torpedót fejlesztett ki, amit szintén rakéták hajtottak.

Kínai katona egy harci rakétával, forrás: grc.nasa.gov

A 16. Századra a rakéták katonai alkalmazása visszahúzódott, inkább csak ünnepeken, tűzijátékokhoz használták őket. Az újabb áttörés a 17. század végén jött, amikor Isaac Newton kidolgozta a róla elnevezett törvényeket. Newton III. törvénye, a hatás-ellenhatás elve éppen így szól: Az erők mindig párosával lépnek fel. Két test kölcsönhatása során mindkét testre egyező nagyságú, azonos hatásvonalú és egymással ellentétes irányú erő hat. Ez a fizikai törvény végre választ adott arra, hogy mi a tudományos háttere a rakéták működésének, azaz a kiáramló gáz ugyan úgy hat a rakétára és ez hajtja előre azt. Ezen kívül implikálta azt, hogy a rakéták a vákuumban is tudnak működni, aminek később nagyon nagy szerepe lett a modern űrkutatásban.

A 18.-19. század fordulóján ismét elkezdték a rakétákat használni háborús körülmények között. Indiában hatékonyan vetettek be ilyen fegyvereket a britek ellen, ami az egyik brit ezredes, William Congreve figyelmét is felkeltette. Ő maga is elkezdett rakéta fegyvereket fejleszteni a brit hadseregnek, melyek nagyon sikeressé váltak. Később William Hale a rakéták stabilizálásán javított úgy, hogy apró kis lapátokat tett a végükbe, amik megpörgették őket. Ám a 19. század végére ismét leáldozott a rakétáknak, mint fegyvereknek, ugyanis a tüzérségi ágyúk olyan szintre fejlődtek, hogy a még így is pontatlan rakétákat nem volt érdemes használni.

A modern rakétatechnológia egyik úttörője az orosz Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij lett. Elméleti munkássága alapozta meg az őt követő feltalálók és mérnökök generációjának munkáját. 1903-ban publikálta A világűr felfedezése reaktív eszközökkel c. művét, amiben kiszámolta, hogy ha Föld körüli pályára akarunk állítani egy eszközt, akkor annak el kell érnie az első kozmikus sebességet, ami számításai szerint ~8 km/másodperc. Szerinte ezt Newton III. törvénye alapján működő, folyékony hajtóanyagú rakétákkal lehet elérni. 1929-ben publikálta Kozmikus vonat c. művét, amiben lefektette a többlépcsős rakéták alapelvét. Ekkor publikálta a híres Ciolkovszkij-egyenletet is, ami rámutatott arra, hogy a többlépcsős rakéta végső sebessége az egyes fokozatok végsebességének összege. Erre épült később az összes rakéta, amivel az emberiség kijutott a világűrbe. Ő maga egyébként hitt abban, hogy az emberiségnek el kell hagynia a Földet. Jól mutatja ezt ez a tőle származó idézet is:

A Föld az emberiség bölcsője, de nem maradhatunk örökké bölcsőben. Az emberiség nem is marad örökké a Földön, hanem fényre és térségre vágyva előbb félszegen behatol a légkörön túli térségbe, aztán pedig meghódítja a csillagok világát.

Vele párhuzamosan az amerikai Robert H. Goddard inkább a rakétatechnológia gyakorlati kérdéseivel foglalkozott. 1915 körül még szilárd hajtóanyagú rakétákat épített, de később megpróbálkozott a folyékony hajtóanyagú eszközökkel is. Ezek jóval bonyolultabbak voltak, hisz itt tartályokban kellett tartani az éghető anyagokat, valamint külön égésteret kellett biztosítani a keveréknek. De munkáját siker koronázta, így 1926. március 16-án folyékony hajtóanyagú rakétája sikeres felszállást hajtott végre. Folyékony oxigént és benzint égetett a hajtóműben és így 12 méteres magasságot ért el vele, és kb. 56 méterre távolodott el a felszállási helytől. Ez ugyan nem tűnik túl soknak, de gyakorlatilag ez a repülés volt a kezdete a modern rakéták korának.

Robert H. Goddard és az első folyékony hajtóanyagú rakéta, forrás: nasa.gov

A modern rakétatechnológia hőskorának volt még egy úttörője, a német Herman Oberth. 1923-ban adott ki egy könyvet, amelyben a mélyűri rakétás utazásokról írt. Ennek hatására számtalan klub jött létre Németországban is, amelyekben a rakétákkal kezdtek el foglalkozni. Végül ez vezetett a hírhedt V2 rakéta kifejlesztéséhez. Ezt az akkor már náci Németország mérnökei Peenemunde-ben kísérletezték ki Wernher von Braun vezetésével, és Oberth is részt vett itt a munkálatokban. Abban az időben ez a rakéta volt a legfejlettebb ilyen eszköz. Folyékony oxigént és alkoholt égetett el és miután ezek kifogytak, ballisztikus pályán repült tovább, először érve el a világűrt. A németek először Londont támadták vele, de az angolok szerencséjére az akkoriban fejlettnek számító giroszkópos tehetetlenségi vezérlő rendszere nem volt olyan pontos, így sok rakéta célt tévesztett. Így is több ezer ember haláláért volt felelős, és igazi terror fegyver volt, hiszen a hangtalanul repülő, és előrejelezhetetlen helyre becsapódó rakéta ellen akkoriban semmilyen módon nem tudtak védekezni. Ennek a rakétának és az azt kifejlesztő német mérnököknek viszont nagyon nagy szerepe volt az űrbe kijutni képes rakéták fejlesztésében. A világháború végén több német rakétamérnök és kutató adta meg magát az amerikaiaknak, köztük Wernher von Braun is. Az amerikaiak emellé még számtalan fel nem használt V2 rakétát is zsákmányoltak. A szovjetek pedig sikeresen elfoglalták a rakéták gyártósorait és ezt áttelepítették a Szovjetunióba, ahol ezek segítéségével indították el saját űrprogramjukat.

V2 rakéta a kilövőálláson, 1940. Forrás: www.grc.nasa.gov

A szovjet űrprogram kezdetei

Sztálin 1937-es tisztogatása majdhogynem derékba törte a szovjet rakétatechnika fejlődését. Számos kiváló mérnök és kutató került gulagra, köztük Szergej Koroljov is, aki később a szovjet űrprogram egyik vezető személyisége lett. A második világháború alatt viszont a szovjet katonai vezetés rádöbbent, hogy német rakétatechnika milyen fejlett, így a háború végén ők is megpróbáltak annyi német szakembert és tárgyi eszközt megszerezni, amennyit csak lehetett. Még 1945-ben összegyűjtöttek sok korábbi német rakétamérnököt az Institut Nordhausen-ben, ahol megpróbálták rekonstruálni a V2 rakéták terveit és műszaki leírásukat. 1946-ra már több, mint 5000 fő dolgozott ott. 1946. október 22-én a szovjetek kb. 2000 mérnököt és kutatót, valamint családjaikat deportálták a Szovjetunióba, hogy ott folytassák a munkát. 1948-ban sikeresen elkészítették a V2 szovjet mását, amit R-1-nek neveztek. A szovjet vezetés természetesen elsősorban katonai célokra akarta használni a rakétákat, például atomtöltetek célba juttatására. A kutatók és mérnökök számtalan fejlesztést eszközöltek a V2, majd az R-1 rakétákon a következő években, ami végül a híres R-7-es rakéta megalkotásáig vezetett. Az R-7-es Szemjorka volt az első interkontinentális ballisztikus rakéta, ami megbízhatóan tudott több tonnányi terhet célba juttatni. Ez a rakéta vált az alapjává a korai szovjet sikereknek az űrkorszakban.

1951-ben két kutyát lőttek fel 101 km-es magasságba. Az állatok túlélték a felbocsájtást és a kutatók hasznos tapasztalatokhoz jutottak. Az Egyesült Államok bejelentése, hogy fel akarják lőni az első műholdat, segített Koroljovnak meggyőzni Nyikita Hruscsovot, hogy a Szovjetuniónak is kellene hasonló célokat kitűzni, és lehetőség szerint megelőzni az amerikaiakat. Így végül Koroljov megkapta a szükséges támogatást. Ennek eredményeképpen 1957. október 4-én a szovjetek fellőtték a Szputnyik-1 műholdat, ami a Föld első mesterséges holdja lett. A mindösssze 58 cm átmérőjű műhold közel 3 hónapig keringett a Föld körül, majd a légkörbe visszatérve elégett. A szovjet vezetők hamar felismerték, hogy mekkora propaganda lehetőségek rejlenek az űrversenyben, így Koroljov megkapta az utasítás, hogy gyorsítsa fel a szovjet emberes űrprogramot.

Szputnyik-1, forrás: nasa.gov 

Lajka kutya, Forrás: NASA

 

 

 

 

 

 

 

1957 november 3-án feljuttatták az első élőlényt az űrbe, Lajka kutyát a Szputnyik-2 fedélzetén. Sajnos Lajka nem élte túl az utat, a negyedik keringés végére elpusztult, mert a kabinja túlmelegedett. A hivatalos verzió akkoriban az volt, hogy Lajkát eutanáziának vetették alá. 

A nem túl állatbarát kísérlet viszont ismét hasznos tudáshoz juttatta a kutatókat és a mérnököket, akik így tovább tudták tervezni az első emberes űrrepülést. A következő sikeres lépés a Szputnyik-5 fellövése volt 1960. augusztus 19-én. Ez volt az új Vosztok űrhajó harmadik tesztrepülése és a fedélzeten két kutya utazott, Belka és Sztrelka.

Belka és Sztrelka. Forrás: https://www.rbth.com/history/328099-pushinka-dog-space-dog-puppy-in-the-white-house

A visszatérőegység segítségével őket szerencsésen vissza tudták hozni a földre és ezáltal bebizonyosodott, hogy földi élőlények képesek túlélni a teljes űrutazást.

Végül 1961. április 12-én, a Vosztok-1 fedélzetén Yurij Gagarin az első emberként kijutott az űrbe, és ezzel újabb győzelmet hozott a szovjeteknek az űrversenyben.

Gagarin

De ki is volt az az ember, aki elsőként feljutott a világűrbe? Jurij Alekszejevics Gagarin 1934. március 9-én született Klusinóban, a Szovjetunió területén. Egy parasztcsalád harmadik gyermeke volt, apja ácsként dolgozott, anyja pedig tejüzemi dolgozó volt. Gyermekkorára rányomta a bélyegét a világháború. Iskolai tanulmányait is meg kellett szakítania a német megszállás miatt, de szerencsésen túlélte a háborút. Visszatérve az iskolába szorgalmasan tanult, jól ment neki a fizika és a matematika. A család később átköltözött Gzsatszkba, így ott folytatta az iskolát a kis Gagarin. Álma az volt, hogy Moszkvában tanulhasson tovább, ami később valósággá válhatott. Érettségije után, 1951-ben átképezték öntőtechnikusnak. 1954-ben csatlakozott a szaratovi DOSZAAF repülőklubjába, ahol elkezdett repülőleckéket venni majd letette a könnyűgépes pilótavizsgáját.

Gagarin a szaratovi repülőklubban, Forrás: wikipedia.com 

1955-ben besorozták és a cskalov-i 1-es számú pilótaiskolába került. Tanulmányaival jól haladt, de a repüléssel meggyűlt a baja. A leszállásokat rendre elhibázta, de végül ezeket is sikerült megoldania, így 1957-ben letette a pilótavizsgát MiG-15 típusú repülőre. Ez után a luosztari bázisára vezényelték az Északi Flotta 122. Vadászrepülő Hadosztályának kötelékébe.

A szovjet űrprogramba 1959-ben kezdték el keresni azokat a jelölteket, akik majd részt vehetnek a szovjet emberes űrrepülésekben. A követelményeket maga Koroljov állította össze. A légierőnél kezdtek el keresni 175 cm-nél nem magasabb, jó kondícióban és egészségi állapotban lévő jelölteket. Először 3000 főre szűkítették a listát, majd ez leapadt 20-ra és végül 6 főre. Ezek a kiválogatott pilóták 1960-ban a Moszkva melletti Csillagvárosba kerültek, ahol megkezdődött az űrhajós kiképzésük. Gagarin is köztük volt. A kiképzés során a leendő kozmonauták fizikai és mentális állapotát is folyamatosan nyomon követték. A kiképzés mellett oxigénszegény környezetben is helyt kellett állniuk, centrifugákban magas gyorsulásnak is kitették őket, valamint izolációs kamrákba is bezárták a jelölteket.

A végső listát 1961. április 8-án határozták meg. Az összesített teljesítmények alapján Kamanyin altábornagy, a program vezetője, Gagarint jelölte meg elsőnek, majd Tytovot és Nyeljubovot tartaléknak. A nagy nap 1961. április 12-én jött el. Gagarin kijutott a világűrbe a Vosztok-1 fedélzetén, megkerülte a földet, majd épségben földet ért. Ez hatalmas propaganda győzelem volt a szovjeteknek, Gagarinból pedig nem csak szovjet, de nemzetközi hős lett. Földreszállása után nem csak a keleti blokkot járta körbe, köztük Magyarországot is, de nyugati országokba is eljutott. Teljesítménye előtt még az Egyesült Államok is fejet hajtott. A világkörüli út után visszatért a Szovjetunióba és beiratkozott a légierő Zsukovszkij Mérnöki Akadémiájára. Közben politikai szerepet is vállalt és végül 1968-ban elvégezte az akadémiát. 1966-ban csatlakozott a Szojuz programhoz, de nem repült újra űrhajóban, mert a szovjet vezetők féltek attól, hogy baja eshet. Mivel az évek alatt elvesztette a repülői alkalmassági státuszát, újra gyakorló repüléseken kellett részt vennie. Halála is ehhez kapcsolódóan, 1968. március 27-én következett be. Mindössze 34 évesen, gyakorlórepülés közben egy MiG-15-ös repülőgéppel ő és az oktatója, Vlagyimir Szerjogin a földbe csapódtak és életüket vesztették.

Gagarin számtalan kitüntetést kapott, nem csak a Szovjetunióban, és nemzetközi hírű űrhajóssá vált. Emlékét szobrok, érmék, bélyegek és emlékművek őrzik számtalan országban.

Az űrrepülés

Miután április 8-án kiderült, hogy ki fog repülni, megkezdődtek az előkészületek. Gagarinnal és Tytovval 9-én közölték a híreket. Április 10-én felvették ugyanezt a bejelentést a kozmonautákkal, hogy később le lehessen adni a tévében. Április 11-én a Vosztok-K hordozórakétát és a tetejére helyezett Vosztok 3KA űrhajót vízszintes pozícióban a kilövőálláshoz vontatták Bajkonurban. Itt alapos műszaki ellenőrzésen esett át az eszköz, és végül a mérnökök nem találtak hibát. Ezek után az LC-1 kilövő platformon felállították a rakétát. Gagarint és Tytovot még egyszer eligazították a menetrendről és az űrrepülés részleteiről. A kilövést másnap 9 óra 7 percre időzítették, moszkvai idő szerint. Azért ezt az időpontot választották, mert így amikor a fékezőrakétáknak be kell majd gyulladnia, az űrhajó épp Afrika felett fog járni, ahol kedvező lesz a megvilágítás a helyzetmeghatározó szenzoroknak. Érdekesség, hogy a visszatéréshez nem volt tartalék fékezőrakétákkal felszerelve az űrhajó, mert így már nem fért volna bele a súlyhatárba. Emiatt a kabinba 10 napnyi élelmet helyeztek el arra az esetre, ha nem sikerülne a fékezés. Mivel az űrhajó alacsony pályán keringene, ezért 10 nap után a felső légkör már eléggé lefékezné ahhoz, hogy magától is visszatérjen a földre.

Balra a Vosztok-1 űrhajó kilövése, jobbra fent a visszatérő egység a szervízmodullal, balra lent pedig a földet ért visszatérő egység
Forrás: Space Travel, Electric Propulsion and Science Fiction – Scientific Figure on ResearchGate. Available from: https://www.researchgate.net/figure/3-Left-Vostok-K-launch-Top-Right-Vostok-1-capsule-Bottom-Right-Recovery-of-Yuri_fig3_339389577 [accessed 10 Apr, 2021]

A kilövés előtt Gagarint alapos orvosi vizsgálatnak vetették alá. A beszámolók szerint sokkal csöndesebb és szótlanabb volt, mint máskor, de az egészsége és fizikai állapota kitűnő volt.

Az első kozmonauta 12-én reggel 7 óra 10 perckor szállt be az űrhajóba, helyi idő szerint. A kabinban felszerelt kamera továbbította a képét az irányítószobába. Az itteni küldetésirányítók rádiókapcsolatba léptek vele és egészen a kilövésig kommunikáltak vele. Maga Koroljev is beszélt vele, illetve más vezető mérnökök is. Miután ismét ellenőriztek mindent, egyetlen hibát találtak, mégpedig azt, hogy a kabin ajtaja nem lett rendesen lezárva. Ezt végül a műszaki személyzet megoldotta és minden készen állt a kilövésre. A beszámolók szerint Gagarin nyugodt maradt végig, de Koroljev nagyon ideges volt és végül nyugatót kellett kapnia. Attól félt, hogy nem sikerül a kilövés, ugyanis akkor még kb. 50-50% volt a sikeres és sikertelen kilövések aránya. Érdekesség még az is, hogy az űrhajó kézi vezérlését kikapcsolták, mert nem tudták, hogy az emberi szervezet hogyan fog reagálni az űrben tartózkodásra. Így mindent automata rendszerek vezéreltek. Vészhelyzet esetére volt egy boríték a kabinban, amiben megtalálható volt az a kód, amivel fel lehetett oldani az űrhajó kézi vezérlését, de erre végül nem volt szükség.

A Vosztok-1 visszatérő egysége az RKK Energiya múzeumban, forrás: wikipedia.org

Végül világidő szerint 6 óra 7 perckor felrobajlott a Vosztok-1 hajtóműve és a rakéta lassan az égbe emelkedett. Két perccel később a négy szilárd hajtóanyagú gyorsító rakéta kiégett és levált. Egy perccel később a kabint védő borítás levált. Két perccel azután a főhajtóműből kifogyott a hajtóanyag és levált az űrhajó következő fokozatáról. 10 perccel a kilövés után a második fokozat is leállt és Gagarin elérte a keringési magasságot a Vosztok-1 űrhajó fedélzetén. Ez után a második fokozat levált az űrhajóról.

A repülés alatt Gagarin státusz jelentéseket adott le és próbált kommunikálni a földi állomásokkal, de ezek egy része sikertelen volt. 7 óra 25 perc UT-kor az automata rendszer fékezési pozícióba állította az űrhajót. A fékezőrakéták 42 másodpercig üzemeltek ez után, Afrika nyugati partja felett. 10 másodperccel később a szervízmodul levált a visszatérő egységről. Egy felszerelés modul nem vált le, de szerencsére ez nem okozott később gondot a landolásnál. 7 óra 35 perc UT-kor az űrhajó belépett a felső légkörbe és elkezdődött a légköri fékezés. Az erős turbulenciák miatt a visszatérő egységen maradt felszerelésmodul végül leszakadt. A fékezés miatt Gagarinra 8 g-s gyorsulás hatott, de ennek ellenére végig eszméletnél maradt. A rádióban azt közölte, hogy minden rendben. 7 km-es magasságban kinyíltak a fékezőernyők, majd 2,5 km-es magasságban a fő ernyő is. 8 óra 5 perc UT-kor Gagarin földet ért, 26 km-re Engels városától és a Vosztok-1 küldetés így sikeresen lezárult.  A földetérést két földműves látta, akik megijedtek az űrruhában lévő Gagarintól, de ő megnyugtatta őket, hogy ő is szovjet állampolgár. Két nappal később Gagarint Moszkvába vitték, ahol hatalmas ünnepséggel fogadták. A Vörös téren Hruscsov kitüntette a Szovjetunió Hőse és a Szovjetunió Pilóta-űrhajósa érdemérmekkel. Másnap nemzetközi sajtótájékoztatót tartott és később egy négy hónapos világ körüli útra indul, aminek keretében számtalan országot meglátogatott.

Gagarin űrrepülése igazi mérföldkő volt a kozmosz felfedezésében és az emberiség történelmében is. Személyében egy igazi hőst kapott minden ember, egy olyan kozmonautát, aki nem félt az ismeretlentől és bátran szembenézett félelmeivel. Emlékezzünk meg hát erre a történelmi eseményre hatvan év távlatából, és képzeljük el, hogy újabb hatvan év múlva hol fogunk járni, ha a Gagarinhoz hasonló bátor és felkészült emberek indulnak a világűr meghódítására!

Szerző: Szakáts Róbert / Tudományos segédmunkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló

📸 Borítóképen: Yurij Gagarin, Forrás: https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2011/03/Yuri_Gagarin5#.YHQSo_Ni0J0.link