A világűr, és ami mögötte van...

Előzetes tesztek

A kitűzött 9 éves határidő rövidsége miatt a NASA sokszor kénytelen volt eltérni az egyébként főszabályként alkalmazott „lépésről lépésre” fejlesztési filozófiától és az egyes részegységeket párhuzamosan fejlesztette, tesztelte.

Az Apollo űrhajóval a NASA a Gemini űrhajó katapultüléses megoldása után ismét visszatért a teljes kabint mentő, rakétás mentőrendszerhez. Ehhez a Mercury űrhajóéhoz hasonló rácsszerkezetes, rakétát magában foglaló mentőtornyot terveztek. A visszatéréshez is új fékezőrendszer kellett, tekintve, hogy a tervezett Apollo kabin tömegben túltett minden korábbi űrkabinon és a Mercury/Gemini féle egy ejtőernyős megoldás már nem volt megfelelő. A tervezők végül egy három ernyőből álló ejtőernyőrendszert álmodtak meg. Ezek az eszközök viszonylag függetlenek voltak az Apollo hardver többi részétől, így időtakarékosságból a tesztelésüket különválasztották az űrhajórendszer többi részének tesztjeitől. A Little Joe II program kifejezetten erről a különválasztott tesztelésről szólt.

1963 és 1966 között az új-mexikói White Sands Rakéta Lőtéren folytak a tesztek. Ezekben a Little Joe II rakétát használták fel, mivel nem volt szükség föld körüli pályára állítani az űrhajót, csak különböző magasságokba juttatni (sőt két esetben startmegszakítási próbát végeztek, ahol az indítóállásban „nulla magasságon” aktiválták a mentőrendszert). Összesen öt indítást végeztek, amelyben a rendszerek jól vizsgáztakSzintén a sietség diktálta azt a módszert, hogy a hordozóeszközök fejlesztését összevonták az űrhajóegységek tesztjeivel is. Így a Saturn I program nemcsak rakétatesztekről, hanem űrhajópróbákról is szólt. Az első Saturn startok csak az új rakétaépítési technika próbái voltak, a program végén, az utolsó öt alkalommal mindig egy Apollo űrhajómakettet (mérethű, tömegében változó, de semmiképpen sem üres, könnyű, és természetesen működésképtelen másolatot) is vitt magával a Saturn I. Ezeken a repüléseken a mérnökök előzetes számításait igazoló méréseket, automata kommunikációs teszteket, rezonanciateszteket, stb. végeztek.

A holdraszálláshoz a szándék mellett több ismeretre is szükség volt a célpontról. A holdfelszínről a legjobb távcsövekkel is csak kilométeres nagyságrendű felbontással készülhettek felvételek, a leszállóhelyek részletes felderítésére űrszondákat kellett küldeni. A NASA két külön szondatípus feljuttatását határozta el. A Lunar Orbiter szondákat Hold körüli pályáról való fényképezésre, a Surveyor szondákat pedig felszíni leszállásra és a Hold testközelből való felderítésére küldték fel.

A Surveyor holdszondákat a holdi leszállás kivitelezhetőségének bizonyítására fejlesztették ki. Az előzetes tanulmányok szerint a Hold felszínét nagyon laza holdpornak kellett fednie és egy oda leszálló űrhajó akár el is süllyedhet ebben a porban. Mielőtt embert szállító űrhajót engedtek a felszínre, mindenképpen meg kellett bizonyosodni a leszállás lehetőségeiről és nemcsak az elsüllyedésről, hanem a szikla és kráterborítottságról is, amely borulásveszéllyel fenyegetett. A NASA összesen hét Surveyor szondát küldött a Holdra 1966 és 1968 között. Rögtön az első kísérlet sikerrel járt: 1966. június 2-án az Viharok Óceánján sima leszállást hajtott végre a Surveyor 1. A NASA számára csak az keltett csalódást, hogy a vetélytárs Szovjetunió négy hónappal korábban már sikerrel juttatott a holdfelszínre egy leszállóegységet, a Luna-9-et. A Surveyor 2 és Surveyor 4 sikertelen volt, rajtuk kívül összesen öt szonda ért le sértetlenül a holdfelszínre, kikövezve az utat az Apollo leszállások előtt. A szondasorozat repültetésének másodlagos célja is az Apollo-programot szolgálta, mivel a holdközi térségben való manőverezést, a szabad visszatérés pályájának (és egyéb más pályáknak) kipróbálását is ezekkel a szondákkal végezték el.

A Lunar Orbiter szondák szintén az Apollo űrhajók előfutárai voltak, sokkal komplexebb küldetéssel, mint a Surveyorok. A Lunar Orbitert a Hold körül keringő egységeknek szánták, az égitest teljes körű lefényképezését tűzve ki fő feladatul. Ehhez a szonda megkapta a Pentagon előző generációs kémműholdjainak kameráit, amelyekkel legalább 60 méteres felbontást lehetett elérni a Hold körüli pályáról (érdekesség, hogy bármennyire is a nemzeti prioritások élén álló program volt az Apollo, mégsem kaphatta meg az első vonalbeli – elvileg még jobb felbontást biztosító – technikát). A Lunar Orbiter sorozatban 1966 és 1967 között összesen 5 keringőegységet juttatott a NASA a Holdhoz, ezek mindegyike sikeres volt.

Az első három Lunar Orbiter feladata 20 előre meghatározott, potenciális Apollo leszállóhely feltérképezése volt, amelyeket földi távcsövekkel jelöltek ki. Ezeken a repüléseken a szondák a holdi egyenlítő szűk sávjában repültek, mivel a tervezett leszállóhelyek ebbe a sávba estek. Az utolsó két küldetésnél változtattak a tervezők a repülési profilon és poláris pályára állították a szondákat, így az egész holdgömböt le lehetett fényképezni. Ezzel a metódussal a holdfelszín 99%-át sikerült megörökíteni, komplett holdtérképet állíthatott össze a NASA. A térképező fényképezés mellett számos mellékfeladatot is ellátott a szondasorozat. Mérték az odaúton és a Hold környezetében a kozmikus sugárzást, amelyet az űrhajósok számára elviselhetőnek találtak. Aztán mikrometeorit gyűjtő érzékelőkkel megmérték a szabadon repkedő meteorok sűrűségét a Hold körüli pályán, amelyet a Föld környezeténél ritkábbnak, a holdközi térségnél viszont sűrűbbnek találtak (az űrhajósoknak tehát nem kellett ettől a veszélyforrástól sem tartania az átlagosnál jobban). A Lunar Orbiterekkel ellenőrizték a NASA követőantenna-hálózatát is. A program végeztével mind az öt egységet a Holdnak ütköztették, hogy később, az Apollo repülések idején nehogy veszélyt jelentsenek a Hold körüli pályán repülő űrhajókra.

A LOR koncepció meghatározta a holdűrhajóval kapcsolatos követelményeket. Szükség volt egy nagyobb űrhajóegységre, amelyben az oda- és visszautat teheti meg a legénység. Emellett kellett egy másik űrhajó, amely a leszállást hajtja végre és odalenn lakóegységül szolgál.

A holdraszállásos koncepció nem határozta meg hány embert kell feljuttatni egy holdraszálláshoz. Különböző tervek után végül a három fős személyzet mellett döntöttek: két fő száll le a felszínre és egy harmadik fenn marad az anyaűrhajóval (az egy fős leszállást nem tartották elég biztonságosnak, két fő esetén a társ a bajba jutott űrhajós segítségére tudott sietni és a holdkomp irányításával kapcsolatos feladatokat is meg lehetett osztani, csökkentve a pszichés terhelést). Ennek a koncepciónak megfelelően az űrhivatal egy háromszemélyes anyaűrhajó fejlesztésébe fogott. Meglepő módon külső partnerként nem a már két űrhajóval (Mercury és Gemini) tapasztalatot szerzett McDonnell Aircraft repülőgépgyárat, hanem egy új céget, a North American-t vonták be.

Az űrhajó végül a Gemini kialakítását követte, két fő részből állt össze: a parancsnoki egységből és a műszaki egységből. A parancsnoki egység tulajdonképpen a legénységi kabint jelentette, amelyben csak a személyzet elhelyezését és az életkörülményeket fenntartó berendezéseket, valamint a navigációs műszereket helyezték el. Ez az egység volt az, amely a Földre való visszatéréskor egyedüliként visszajutott a légkörön át a leszállóhelyre, ezért külsején hőpajzsot helyeztek el, valamint az orrkúpjában a légköri fékezéshez szükséges ejtőernyőket. A műszaki egység fogadta magába a küldetés teljesítéséhez szükséges hajtóműveket, hajtóanyagot és az űrhajó ellátásához szükséges egyéb anyagokat (oxigén, hidrogén), berendezéseket (az áramot előállító tüzelőanyag cella, rádióantenna, stb.). Ez az egység nem tért vissza Földre, hanem elégett a légkörbelépéskor. A későbbi expedíciókon egy műszerrekeszt is kialakítottak benne, amellyel a társaira váró parancsnoki modul pilóta globális megfigyeléseket végezhetett Hold körüli pályáról. Az egység főhajtóművével végezték el a Hold körüli pályára állást és a hazainduláskor a keringésből való kigyorsítást, valamint a nagyobb pályakorrekciókat, a kisebb mozgásokhoz a hajó hengerpalástján 90°-onként elhelyezett kormányhajtóműveket használták. A parancsnoki és műszaki egység tömege feltöltött állapotban 30 tonnát nyomott.

A holdi leszállóegység a LOR szülötte volt. A követelmények egy olyan űrhajóról szóltak, amely képes két ember lejuttatására a holdfelszínre és különösebb infrastruktúra nélkül képes felszállni onnan, valamint a felszíni tartózkodás maximum 24-36 órája alatt lakhelyül szolgál – és természetesen ehhez való készletekkel rendelkezik – két ember számára. A fejlesztési és építési munkával a Grumman repülőgépgyárat bízták meg.

A le- és felszállás követelménye miatt itt is két külön egységből álló rendszert terveztek. A holdkomp alsó része az úgynevezett leszálló fokozat volt, egy négy lábbal ellátott csövekből összeállított doboz, amelynek belsejébe építették a leszálló hajtóművet és a működéshez szükséges hajtó és oxidáló anyagot. Itt kapott még helyet egy kisebb tárolótér, amelyben a holdra kihelyezendő műszereket, szerszámokat tartották, valamint néhány cserealkatrészt. A leszállófokozat testéhez négy lábat rögzítettek, amelyek a földi startkor még összehajtogatott állapotban voltak, később a repülés során az űrben rögzítették kiterjesztett állapotban. A lábak nagy kerek leszállótalpakban végződtek, amelyek a felszíni talajterhelés csökkentését szolgálták, a szárak pedig teleszkóposan összecsúsztak a leszálláskor, ezzel tompítva a leérkezés erejét.

A felszálló fokozat volt az egész űrhajórendszer legkisebb önálló műveletekre képes egysége. Ebbe foglalták bele a legénységi kabint és a felszálláshoz szükséges hajtóművet, valamint hajtó- és oxidálóanyagot. A kabin mérete rendkívül kicsi volt, térfogata valamivel több mint 6,5 m³ volt; nagyjából mint két összetolt telefonfülke. A tömegtakarékosság miatt még ülést sem helyeztek el benne, az űrhajósok állva vezették. A holdsétához beöltözött (a hátizsákot is magukon viselő) űrhajósok gyakorlatilag már mozdulni sem tudtak benne. A feltöltött holdkomp tömege 15 tonna körül volt.

A holdprogram kulcsa egy megfelelő kapacitású hordozóeszköz léte volt. A rakétafejlesztés pedig a hadsereg privilégiuma volt a második világháború után Amerikában. Még az űrprogramoktól és a NASA-tól függetlenül 1957-ben felmerült a katonai igény nagy teherbírású hordozóeszközök iránt, mivel a Pentagon különböző nagy tömegű atom robbanótöltetek célba juttatását vette tervbe. A projektet az ARPA (Advanced Research Projects Agency – Korszerű Kutatási Programok Ügynöksége), rakétafejlesztésekkel foglalkozó kormányhivatal indította és a technikai megvalósítást az ABMA (Army Ballistic Missile Agency – a Hadsereg Ballisztikus Rakéta Ügynöksége) kapta feladatul. Ez utóbbi ügynökség műszaki vezetője Wernher von Braun volt és a szakembergárda gerincét a von Braun köré szerveződő, a Német Harmadik Birodalom rakétafejlesztéseit végző, a II. világháború végén magukat az Egyesült Államok hadseregének megadó mérnökcsoport képezte. Ez a csoport számos rakéta megalkotása után a nehézrakéta projekthez létrehozta a Saturn I hordozórakétát. A Saturn I furcsa módon mire elkészült, már nem kellett a Pentagonnak a nukleáris robbanótöltetek drasztikus súlycsökkenése miatt, ezért a projektet 1960 nyarán teljes egészében átadták a NASA-nak, űralkalmazásra.

A NASA a Saturn I-gyel egy nagyjából 20 tonna terhet Föld körüli pályára juttatni képes eszközhöz jutott, amellyel már nagyobb űrhajókat/űrszondákat lett volna képes pályára állítani, azonban a holdprogram igénye egy még nagyobb teljesítményű hordozóeszközt kívánt meg, amelynek fejlesztését Nova néven szintén a német rakétamérnök-csoporttól várták. Wernher von Braun a Saturn I továbbfejlesztésével kezdte a munkát, megalkotva a Saturn IB-t, egy 10%-kal nagyobb kapacitású rakétát. A Saturn IB megnövelt tolóerejével már alkalmas volt a közben kifejlesztett bármelyik Apollo űrhajóegység Föld körüli pályára állítására, azaz az űrhajórendszer egyes egységeinek berepülését már el lehetett végezni.

A Saturn I és IB technológiai előfutára volt egy még nagyobb tolóerejű eszköznek, a Saturn V óriásrakétának. A kis rakétákon von Braun kipróbálta a szovjetek által is alkalmazott „több hajtóművet egy fokozatba” rakétaépítési elvet, valamint sikerrel házasította a kerozin és cseppfolyós oxigén hajtotta első, valamint az oxigén és hidrogén hajtotta második fokozatot. A Saturn V születésének kulcsa pedig a von Braun által tervezett F1 kerozin/oxigén rakétahajtómű és a dr. Abe Silverstein műhelyében készült J-2 hidrogén/oxigén hajtómű megszületése volt. Az új hajtóművek minőségi ugrást jelentettek az elődökhöz képest (az F1 egyetlen példánya szolgáltatott például akkora tolóerőt, mint az előd Saturn I teljes, nyolc hajtóműves első fokozata), és összességében mesés, 140 tonnás Föld körüli pályás, 48 tonnás holdi hasznos tömeg kapacitást biztosítottak. Ez azt jelentette, hogy az anyaűrhajó/holdkomp felállású, LOR-t alkalmazó holdexpedíció űrhajói egyetlen rakétával felbocsáthatókká váltak.

Az Apollo-program az Egyesült Államok második – a hosszas előkészítő fázisa miatt a repülések sorrendjét tekintve harmadik – emberek részvételével végrehajtott űrprogramja volt, amely 1961 és 1972 között zajlott. A program célja kettős volt: a fő célként az ember Holdra juttatása fogalmazódott meg, mögöttes politikai célként pedig a hidegháború által életre hívott űrversenyben az USA vesztes pozíciójának megfordítása, a nemzeti presztízs helyreállítása volt a célkitűzés.

A holdprogram hivatalos bejelentése 1961. május 25-én John F. Kennedy elnök kongresszusi beszédében történt, ezt tekintjük az Apollo-program hivatalos kezdetének. A beszédben Kennedy 9 éves határidőt tűzött ki a program megvalósításra. A célt 1969. július 21-én, az Apollo–11 űrhajósainak, Neil Armstrongnak és Buzz Aldrinnak^[1] a Holdra lépésével sikerült teljesíteni. Őket még további öt űrhajóspáros követte, így összesen hat sikeres holdra szállást teljesítettek a NASA űrhajósai. Armstrongék holdraszállását négy, űrhajósokkal végrehajtott tesztrepülés előzte meg, míg egy sikertelen holdutazás is része volt a programnak. A repülések mellett egy tragédia is beárnyékolta az Apollo-programot, az első tesztrepülés előtti előkészületek közben három űrhajós Gus Grissom, Ed White és Roger Chaffee halt meg az űrkabinjukban kitört tűz következtében.

A repüléseket egy speciális űrhajórendszerrel hajtották végre, amely az Apollo típusú űrhajóból és a holdra szállás kulcsának számító holdkompból állt, hordozóeszközként pedig szintén speciálisan a feladathoz tervezett Saturn V és Saturn IB rakétákat használtak. A program hardverét később sikerrel alkalmazták más űrkutatási programokban is, így a Skylab-programban és az Apollo–Szojuz repülésen is.^[2]

A program 1972-ben fejeződött be, azóta egyetlen embert szállító űrhajó sem hagyta el az alacsony Föld körüli pályát.^[3] Az űrhajósok által visszahozott kőzetminták és a kihelyezett műszerek mérései forradalmi változásokat hoztak a Naprendszer történetének, kialakulásának megismerésében, a Föld-Hold rendszer fejlődéstörténetének ismereteiben.

Az Egyesült Államok az Apollo-programra több mint 19,5 milliárd dollárt költött.

Röviddel Konsztanytyin Ciolkovszkij rakétaelvet megalkotó munkáinak publikálása után megjelentek az első elképzelések a világűr, azon belül pedig a legkézenfekvőbb cél, a Hold elérésére. Ezek közül a később legértékesebbnek bizonyult elképzelés Jurij Kondratyuk munkája volt, aki az anyaűrhajó/holdkomp rendszerű holdraszállás elméleti alapjait fektette le. Fantasztikus elképzelésekben később sem volt hiány, ilyen volt a három legkomplexebb ismeretekkel rendelkező tudós, Wernher von Braun rakétamérnök, Fred Whiplle és Willy Ley csillagászok publikációja a Holdutazás megvalósításáról a Colier’s magazinban,^[5] ami utópiának tűnt az 1950-es évek elején Ebben az elképzelésben 15 űrhajós utazott volna, három óriási űrhajóval, amelyeket Föld körüli pályán szereltek volna össze, majd töltöttek volna fel üzemanyaggal. A háromból az egyik teherűrhajó lett volna, aminek célja pusztán a visszaútra szükséges üzemanyag szállítása lett volna. A leszállás után 6 hétig lettek volna az űrhajósok a Hold felszínén, napfelkeltétől kezdve egészen a következő – négy földi hétig tartó – nappal végéig. A kiürült üzemanyagtartályok hengereit lakómodulokká lehetett volna alakítani, egyfajta Hold-bázist létrehozva. Az építkezést daruk, és egy tíztonnás traktor (amit a későbbi felfedező utak járműveként is lehetett volna használni) könnyítette volna meg. Ennek az elképzelésnek a megvalósításához több 100 tonna anyagot kellett volna megmozgatni, mindezt abban az időben, amikor az 1 tonnás Mercury-űrkabint sem tudták biztonságosan Föld körüli pályára állítani.^[6]

Közvetlen előzmények

„Szputnyik-krízis”

A hidegháború két egymással vetekedő nagyhatalma az 1950-es évek végén, a Nemzetközi Geofizikai Év tudományos kísérlet- és rendezvénysorozatában találta meg azt az új területet, ahol kiterjeszthetik a technológiai versengésüket: az Egyesült Államok és a Szovjetunió egyaránt a világűrbe kívánta juttatni a maga űreszközét. A cél a másik fél fölötti technológiai fennhatóság bizonyítása volt. A versenyt a szovjetek nyerték, amikor 1957. október 4-én sikerrel juttatták az űrbe az addig titokban fejlesztett rakétájukkal a Szputnyik–1-et. Az USA-ban ezt szinte háborús hadüzenetként értelmezték (a szovjetek érdemi üzenete a műhold Föld körüli pályára állításával az volt: ha körbe tudunk juttatni a Földön egy tárgyat, akkor a Föld bármely pontját elérhetjük, bármely pontját képesek vagyunk bombázni).

Az USA vezetése elfogadta a szovjet kihívást és koncentrált erőfeszítést tett az űrteljesítmények területén az ellenfél előnyének behozására. E cél elérésére létrehozták a NASA-t, amely az összes korábban létrehozott repülési és űrhajózási kísérleti műhelyt vonta egy szervezetbe, hogy az erőket egyesítve minél hatékonyabban érjék el a kitűzött célt.

Gagarin repülése

A Szputnyikkal beindult űrverseny a szovjetek világraszóló eredményeivel indult és első igazi csúcspontjára 1961. április 12-én jutott, amikor Jurij Gagarin a Vosztok-1 fedélzetén az első emberként eljutott az űrbe és egy Föld körüli fordulatot tett. Ezt megelőzően az USA-ban komoly propaganda zajlott, hogy a szovjet előnyt mindenképpen behozza a NASA és az első ember, aki az űrbe jut, már nem orosz, hanem amerikai lesz. Erre jött hidegzuhanyként Gagarin repülése, akinek elsősége a Szputnyikéhoz hasonló vereség-hangulatot és visszavágási vágyat keltett az amerikai közvéleményben.

A vereség azonban már nem érte teljesen készületlenül az újonnan hivatalba lépett Kennedy-adminisztrációt. Az új elnök már korábban megbízta a NASA-t, valamint tudományos tanácsadóit és a műszaki haladásért (is) felelős alelnökét, Spiro Agnew-t, hogy találjanak olyan programokat, amelyekkel a szovjeteknek elébe vághatnak. Az elképzelések szerint olyan programra volt szükség, amely jelentőségével és technikai kihívásával anullálja a szovjet teljesítmények értékét és egyértelműen vezető hatalommá teszi a végrehajtóját, illetve amelyben a Szovjetunió bizonyosan nem rendelkezik még előnnyel. Két lehetséges változatot találtak a szakértők: egy hatalmas űrállomás építését és a holdraszállást. Kennedy a merészebb tervet, a holdraszállást választotta.

A világűr kutatása a csillagászattal egyidős, az égitestek mozgását az ókori tudósok kezdték el
tanulmányozni. A világűrbe jutás, mint önálló tudományágat viszont csak a 19-20. század fordulóján kezdték elméletileg megalapozni. Ekkor Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij orosz tudós 1883-1903 között több dolgozatában kidolgozta a rakéták működési elvét, megadta a folyékony hajtóanyagú rakéta elméleti leírását.

Ciolkovszkij munkássága kizárólag elméleti síkon mozgott, ezzel szemben Robert Goddard Amerikában gyakorlati kísérletekbe kezdett. 1926. március 16-án sikerrel indította el a világ első folyékony hajtóanyagú rakétáját, a Nell-t.

A világűr elérésében harmadikként Hermann Oberth alkotott maradandót, elméleti tudósként. Az 1922-ben írt Rakéta a világűrbe c. dolgozata, valamint a hét évvel későbbi Utak az űrhajózásban c. elméleti munkája a későbbi korszak rakétamérnökeinek szolgált alapműként, és sok űrműveletet kidolgozott, melyet ma a gyakorlatban végeznek.

Az űrkorszak

Németország a II. világháború során hatalmas eredményeket ért el a folyékony hajtóanyagú rakéták fejlesztésében. 1943-ban egy V–2 rakéta elérte a Kármán Tódor által meghatározott 100 km-es magasságot, vagyis kijutott a világűrbe. A háborút követően a német rakétafejlesztő mérnökök egy csoportja Amerikába került, míg egy másik csoportot a Szovjetunió ejtett hadifogságba. E két helyen indult nagyméretű katonai rakétafejlesztési program. A katonai fejlesztések mellett a világűr elérését is célul tűzték ki, mintegy a hidegháború eszközeként. Ennek jegyében Dwight D. Eisenhower amerikai elnök jelentette be 1957-ben, hogy a Nemzetközi Geofizikai Év tudományos rendezvény- és kísérletsorozat keretében műholdat bocsátanak fel. A Szovjetunió eközben titokban folytatta a maga programját Szergej Koroljov vezetésével, a hadsereg égisze alatt.

1957. október 4-én egy továbbfejlesztett R–7 típusú interkontinentális ballisztikus rakétával a Szovjetunióban Föld körüli pályára állították a Szputnyik–1 műholdat, a világ első űreszközét. 1957. november 4-én pedig egy sokkal nagyobb űrszondával Bajkonurból elindult a Szputnyik–2, fedélzetén az első élőlénnyel, Lajka kutyával.

Az USA ezt „hidegháborús hadüzenet”-nek értékelte, és mindenáron válaszolni akart a kihívásra. 1958. január 31-én – több kudarc után – ez sikerült az Explorer-1 felbocsátásával. Ezzel a világ belépett az „űrkorszakba”.

Emberes űrrepülések

A tanulás korszaka

A kezdeti sikeres műholdindításokat követően mindkét nagyhatalom az ember űrbe juttatását tűzte ki célul. Amerikában ez nyílt folyamat volt (teljes sajtónyilvánosság előtt hivatalosan megalapították a NASA-t és bejelentették a Mercury-programot), a Szovjetunióban pedig titkos katonai program. A versengés végén 1961. április 12-én a Vosztok–1 űrhajó fedélzetén Jurij Gagarin végrehajtotta az első űrrepülést. A 108 perces repülés alatt egyszer kerülte meg a Földet.

Gagarin repülését újabb hidegháborús vereségként élték meg az USA-ban, ezért John F. Kennedy elnök meghirdette az Apollo-programot, nyílt versenyre hívva a Szovjetuniót. A történelem az ezt követő űrrepüléseket – és a hozzájuk szervesen kapcsolódó ideológiai harcot – nevezi űrversenynek.

A Mercury program és a Vosztok-program az űrbeli tapasztalatgyűjtést szolgálta. Ebben a szovjetek jutottak messzebbre. Mindjárt a második start alkalmával German Tyitov a Vosztok–2-vel egy teljes napot repült. A harmadik és negyedik startra egymást fedő időben került sor, azaz páros repülést mutatott be Adrian Nyikolajev és Pavel Popovics a Vosztok–3 és a Vosztok–4 fedélzetén. 1963. június 16-án pedig a szintén kettős repülésen részt vevő űrhajó, a Vosztok–6 vitte az űrbe a világ első űrhajósnőjét, Valentyina Tyereskovát.

A Hold elérése bonyolult űrműveleteket és jobb űrhajókat kívánt, ezért a két nagyhatalom újabb űrprogramot indított. Amerikában elindult a Gemini-program, a Szovjetunióban pedig a Voszhod-program.

A Voszhod-program hozott előbb látványos eredményeket. 1964. október 12-én a Voszhod–1 lett az első, több embert szállító űrhajó Vlagyimir Komarovval, Borisz Jegorovval, Konsztantyin Feoktyisztovval a fedélzetén. A Voszhod–2-ről pedig Alekszej Leonov tette meg a világ első űrsétáját 1965. március 18-án.

A Gemini-programmal a világ első űrrandevúját (Gemini–6, Gemini–7 (1965. december 15.) és a világ első űrdokkolását (Gemini–8 (1966. március 16.) érték el az űrhajósok.

Holdraszállások

A Gemini-program egyben azt a célt is szolgálta, hogy a Hold elérésének merész módszerét, a LOR-t (LOR = “Hold körüli pályán végrehajtott randevú”) kikísérletezze. Ennek sikere mellett a szükséges hardver kialakítása is az Apollo-program első fázisának feladata volt. Először kifejlesztették a Saturn hordozórakéta-családot Wernher von Braun vezetésével. A Saturn I, majd a továbbfejlesztéséből származó Saturn IB még csak egy űrhajókomponens pályára állítására volt elegendő, a harmadikként elkészült Saturn 5 azonban már a teljes holdűrhajó rendszert képes volt eljuttatni a Holdra. Az Apollo holdűrhajórendszer egy parancsnoki űrhajóból (CSM) és egy holdkompból állt.

A Szovjetunió is kísérletezett a maga holdűrhajó/hordozórakéta rendszerének kialakításával. Ennek keretében kifejlesztették a Szojuz űrhajót, valamint az egyszemélyes LK–1 holdkompot és belekezdtek az N1 hordozórakéta fejlesztésébe. Ez utóbbi több kudarc után sikertelenül végződött, így a szovjetek sosem jutottak el a Holdra.

A NASA színeiben egy kísérleti repülést (Apollo-7) követően az Apollo–8-cal három űrhajós jutott el először a Hold közelébe, ott 10 keringést végeztek, valamint a holdfelszínen leszállóhelyet kerestek. Két további próbarepülést követően, 1969. július 20-án Neil Armstrong és Edwin Aldrin az Apollo-program keretében leszállt a Holdra az Apollo–11 Sas nevű holdkompjával. Az első űrhajósok 2 óra 41 percet töltöttek el a holdfelszínen. 1972-ig még hat űrhajó indult a Holdhoz, amelyből öt sikeresen le is szállt, így összesen 12 űrhajós járt a Holdon. Az utolsó három küldetésen holdjárót is vittek magukkal az űrhajósok, amely nagyobb távolság megtételét, így több geológiai képződmény megközelítését lehetővé tette. A program 1972. december 19-én, az Apollo-17 sikeres leszállásával ért véget.

Űrállomások

Az űrállomások létrehozásának gondolata még azelőttről származik, mielőtt a Szputnyik-1-gyel az emberiség elérte volna a világűrt. A legrészletesebb elképzelésnek Wernher von Braun és Willy Ley csillagász 1955-ös tanulmányát tekinthetjük, amelyben egy abroncs alakú, 100 fős űrállomást képzeltek el.

Az első, gyakorlatban is megvalósított űrállomás egy amerikai katonai program, a MOL (Manned Orbiting Laboratory) keretében jutott fel az űrbe 1966-ban. Az űrállomás programot nem is a NASA, hanem a Pentagon végezte, mivel űrből történő felderítésre szeretett volna fenn állomásoztatni egy állandó kétfős személyzetet. A MOL állomás startja rendben megtörtént, de később sosem használták emberes repülésre.

Az első, emberekkel is kipróbált űrállomás az 1971. április 19-én pályára állt szovjet Szaljut-1 volt. Ezzel kezdetét vette a Szaljut-program, amely Almaz néven szintén tartalmazott katonai alprogramot is. A Szaljut programban összesen 7 állomás repült, amelyek közös jellemzője volt, hogy egy nagyobb testből álltak, és előbb egy, majd két dokkolóegységgel rendelkeztek, amelyre a Szojuz űrhajók – illetve később a belőlük kialakított Progressz teherűrhajók – csatlakozhattak. A Szaljut-6 űrállomás fogadta 1980-ban az egyetlen magyar űrhajóst, Farkas Bertalant is.

1973. május 14-én indult az űrbe az Egyesült Államok Skylab űrállomása. A Skylab hatalmas volt a Szaljutokhoz képest. Összesen három űrhajón 9 űrhajós látogatta meg a program másfél éve alatt, számos orvosi, műszaki és napmegfigyelési kísérletet végezve. Ehhez a programhoz kötődik az egyik leglátványosabb űrbeli javítási művelet is, mivel az űrállomás sérülten állt pályára, és a használatba vétele csak a javítás elvégzése után volt lehetséges.

Az űrállomásépítés a 80-as évek közepén új dimenzióba lépett. 1986-ban kezdték el az első, modulokból álló űrállomás, a Mir építését. Teljes kiépítésében 7 modulból épült fel az űrállomás, amely 15 évig működött, és nemzetközi programoknak is helyet adott. 2001. március 22-án tervezett módon a Csendes-óceán déli részén becsapódott a Mir űrállomás, miután finanszírozási problémák miatt lehetetlenné vált további bolygó körüli pályán való tartása.

A Mir repülésével párhuzamosan vetődött fel egy nagyobb, nemzetközi kooperációban épített és üzemeltetett űrállomás gondolata a 80-as, 90-es évek fordulóján. Tizenhat nemzet összefogása nyomán indult el a Nemzetközi Űrállomás, az ISS programja 1998. november 20-án az első modul felküldésével. A modulrendszerűen felépülő állomás teljes kiépítése nagyjából 2010 körülre várható. Ez lesz a valaha létrehozott legnagyobb ember építette űrobjektum. 2000. november 2-án érkezett meg az űrállomásra az első állandó személyzet, és azóta is folyamatosan laknak a fedélzetén.

Shuttle-korszak

A kezdeti idők űrhajózását nagyban hátráltatta az akkori „egyszer használatos” technika és annak drágasága. Ezért az 1970-es években az USA-ban hozzáláttak az első újrafelhasználható űreszköz, a Space Shuttle, magyarul űrrepülőgép kifejlesztésének. A rendszer kulcsa egy többször felhasználható hőpajzs kifejlesztése volt, ami sikerrel is járt, a NASA feltalált egy különösen nagy hőtűrőképességű kerámiafajtát.

A hivatalosan STS (Space Transportation System) nevű űrrepülőgép-rendszer feladata többrétű. Egyrészt úgy civil, mint katonai programokra is igénybe veszik. A civil programok között szerepelnek a hagyományos (orvosi, műszaki) tudományos kísérletek, de a fő profil a Nemzetközi Űrállomás építése. A tervek között szerepelt műholdak pályára állítása és meghibásodott műholdak befogása, helyszíni javítása, vagy hazahozatala, de műhold visszahozására kereskedelmi igény híján eddig nem volt szükség.

Az első űrrepülőgép, a Columbia repülésére 1981. április 12-én került sor, John Young parancsnok és Robert Crippen másodpilóta részvételével. Szintén a Columbia vitte magával először a Spacelab kutatómodult, egy űrállomás funkciókat betöltő, de csak az űrsiklóval együtt üzemelni képes speciális kutatómodult.

1989. május 4-én a Magellan Vénusz-szonda volt az első, amelyet űrrepülőgép fedélzetéről indítottak, majd 1989 októberében a Galileo indult az Atlantis segítségével. A leghíresebb űreszköz talán mégis a Discovery űrrepülőgép által pályára állított Hubble űrtávcső. A Hubble volt egyébként az az űreszköz, amelyet az STS rendszer eredeti rendeltetésének megfelelően többször is szervizeltek, először az Endeavour legénysége 1993 decemberében.

Az űrsiklók kereskedelmi hasznosítása elmaradt, ezért szinte kizárólag tudományos expedíciókra használták őket a 90-es évek második felétől. Ennek jegyében – és a politikai enyhülés hatására – közös orosz-amerikai programok kezdődtek, amelyen orosz űrhajósok először próbálhatták ki az űrrepülőgépet, majd megegyezés született a Mir űrállomás közös használatáról a Shuttle–Mir program keretében.

A Mir utáni időszakban a Space Shuttle-flotta legnagyobb feladata az 1998-ban elkezdődött űrállomás építés lett, amelyben a nemzetközi együttműködésben épülő Nemzetközi Űrállomás készül el, és a mai számítások és az STS-rendszerre kimondott korlátozás miatt 2010-ig tart majd.

Az űrrepülőgép azonban sajnos nem bizonyult sikeres konstrukciónak, drága üzemeltetése mellett két óriási katasztrófa árnyékolta be működését. 1986. január 28-án a Challenger űrrepülőgép semmisült meg a start utáni percekben, még a légköri emelkedés fázisában egy átégett tömítés miatt. A katasztrófában a legénység mind a 7 tagja életét vesztette. Tizenhét év múltán 2003. február 1-jén visszatérés közben lezuhant a Columbia űrrepülőgép Texas fölött, kioltva újabb hét űrhajós (köztük az első izraeli űrhajós, Ilan Ramon) életét a hővédő rendszer sérülése miatt.

A Shuttle-korszak másik említésre méltó űrtörténelmi eszköze a Buran űrrepülőgép. A Szovjetunió szétesése előtt űrhatalmi pozícióinak bizonyítására az amerikaiakéhoz hasonló, többször felhasználható rendszer kialakítását tűzték ki célul, és megalkották a kívülről a Space Shuttle tökéletes másának tekinthető, ám néhány fontos elemében teljesen más, önálló fejlesztésű Buran űrrepülőgépet. A rendszert azonban nem használták, 1988. november 15-i egyetlen sikeres repülése után törölték a programot és az űrrepülőgép nem repült többé.

Kína a világűrben

A világ harmadik országa, amely önállóan, önerőből volt képes űrhajót és űrhajóst juttatni Föld körüli pályára, Kína lett 2003. október 15-én. E napon Jang Li-vej űrhajós a Sencsou-5 űrhajóval hajtott végre egy 21 órás repülést. A Sencsou űrhajó és hordozórakétája teljes egészében kínai fejlesztés, bár főleg az addigra kissé már elavult Szojuz űrhajón alapult.

Két évvel később, 2005. október 12-én a Sencsou-6 űrhajóval kétfős legénység, Fej Csun-lung és Nie Haj-seng tett ötnapos utat az űrben. A következő fejlődési fokra 2008. szeptember 27-én lépett a kínai űrprogram, ekkor Csaj Cse-kang 20 perces űrsétát tett a Sencsou-7-ről.

Magán űrhajózás

Az űrrepülések kevesebb, mint öt évtizede alatt csak államok repültettek űrhajókat, űrhajósokat. Az 1990-es évek második felében az amerikai X-Prize alapítvány azt tűzte ki célul, hogy magánfejlesztésű űrhajók kifejlesztőit díjazza, és meghirdette az Ansari X-díjat. Ennek célkitűzése az volt, hogy magánerőből olyan eszközt építsenek, amely két hét alatt kétszer képes 100 kilométer magasságba emelkedni, legalább három utassal (vagy annak megfelelő ballaszttal). A kaliforniai Scaled Composites cég, Burt Rutan vezetésével megtervezte és elkészítette a SpaceShipOne nevű magánűrhajót, amellyel 2004. június 21-én, Mike Melville pilótával teljesítette a 100 km magasság elérését, azaz „űrugrást” hajtott végre. Az X-díj elnyeréséhez szükséges kettős repülést 2004. szeptember 29-én, valamint 2004. október 4-én hajtották végre. Burt Rutan és üzlettársai, Paul Allen és Ted Branson ezután űrturistákat feljuttató vállalkozás alapjait fektették le, és megkezdődött az üzleti célú űrhajó, a SpaceShipTwo kifejlesztése.

Műholdak

A Szputnyik-1 repülését követően szinte azonnal mindenféle űreszközt megpróbált feljuttatni a két űrhatalom. Így hamarosan ketté is vált az alkalmazási és a kutatási céllal felküldött műholdak, űrszondák indítása.

Alkalmazási műhold-történelem

Polgári alkalmazások

Már a legelső időkben nyilvánvalóvá vált, hogy a világűrbe juttatott eszközök révén mind a katonai, mind a civil életben új lehetőségek nyílnak meg. A meteorológiai előrejelzés, a távközlés, a katonai felderítés, vagy a polgári célú távérzékelés, a navigáció, mind-mind új lehetőségeket kaptak.

Kommunikáció

A világ első műholdja egyben a világ első kommunikációs műholdja is volt, lévén a Szputnyik-1-nek rádióadója, amely jól vehető, 1 W-os teljesítménnyel csipogó (“bip-bip”) jeleket sugárzott a rádióamatőrök számára. Az első, kifejezetten kommunikációs műhold az amerikai SCORE volt 1958. december 18-án, amely kísérletei során magnetofonra vette a felé sugárzott jeleket, majd visszajátszotta azokat. Ezt követte az ECHO-1, az első passzív kommunikációs műhold 1960. május 13-án, amely nem volt más, mint egy alumíniummal bevont műanyag gömb, amely tükörként szolgált a rádióhullámok számára. Végül 1960. október 14-én állt pályára az első aktív kommunikációs űreszköz, a Courier 1B. Ez a szerkezet már üzenetek továbbítására is alkalmas volt, 55 000 bit/sec sebességgel.

Napjainkban a civil kommunikációs műholdak a nemzetközi telefonbeszélgetések lebonyolítását, televíziós és rádióadások sugárzását és az internet közvetítését végzik.

Meteorológia

1960. április 1-jén startolt az első meteorológiai műhold, a TIROS-1. A napelemekkel működő kis műhold 78 napig figyelte kameráival a földfelszínt és sugárzott adatokat a meteorológusok számára, köztük a világ első tévéfelvételét az űrből. A különböző országok különböző rendszereket alkalmaznak azóta. Európában elsősorban a Meteosat műholdsorozat példányai, Amerikában a GOES, Oroszországban a GOMS, Kínában a Fen-Yung holdak adatait használják.

Navigáció

Ma már a GPS szó természetes, mindennapos használatú. A helymeghatározásra, illetve navigációra külön műholdak szakosodtak. Ezek katonai alkalmazásokként indultak, mára azonban széles körben elterjedt civil alkalmazásuk is.

A világ első navigációs műholdja a Transit-1B volt, 1960. április 13-i startjával. A világ első teljes körű, az egész Földet lefedő helymeghatározó rendszere az amerikai GPS (Global Positioning System) volt, mellette létezik még a nagy lefedettségű, 2011-re teljes rendszerré kiépülő orosz rendszer, a GLONASSZ, és hamarosan indul az európai fejlesztésű Galileo (ez 2011 körül várható) valamint a kínai Beidou rendszer műholdjainak Föld körüli pályára állítása.

Távérzékelés

A korábbi katonai alkalmazások, elsősorban a fotófelderítő rendszerek elavulásuk után még jó szolgálatot tesznek civil területeken. A katonai csúcstechnikát képviselő eszközöktől egy fejlődési fokkal gyengébb felbontású eszközökkel, földmegfigyelő műholdak szolgálnak Föld körüli pályán. Ezekkel térképezési, meteorológiai, vagy akár mezőgazdasági termésbecslési feladatokat látnak el. Ilyen például az IKONOS, Landsat, EROS műholdak.

Katonai alkalmazások

A kísérletek titkossága miatt ez kevésbé dokumentált, nehezebben historizálható terület, de az első katonai műhold még 1958-59 táján elindult. A Szovjetunióban a Kozmosz sorozat sok tagja volt katonai műhold, az USA-ban a “Corona” sorozat takart katonai célú eszközöket. Azóta a két nagyhatalom mellé felsorakozott Franciaország, Németország, Anglia, India, Izrael és Kína, mint a katonai műholdak üzemeltetői.

A katonai űreszközök működési területei:

• fotófelderítés
• rádiólehallgatás
• rejtjelezett kommunikáció
• nukleáris robbantások figyelése
• rakétaindítások megfigyelése

A katonai műholdak speciális fajtája az ún. “gyilkos műhold”, amelynek feladata más műholdak elpusztítása. Ezt a műveletet nukleáris robbantással (illetve annak másodlagos hatásával, erős elektromágneses impulzussal), fizikai ütközéssel, lézerrel végezték volna el konfliktus esetén az erre alkalmas eszközök. Gyakorlatban való alkalmazásukról nincs adat.

Űrszondák

Három titkosított, sikertelen kísérletet követően 1959. január 2-án a szovjet Luna–1 űrszonda elsőként hagyta el a Föld vonzáskörét, és 6000 km-re megközelítve a Holdat, heliocentrikus pályára állt. A cél igazán a Holdba való becsapódás lett volna, ám ezt akkor még nem sikerült teljesíteni. Így is ez a szonda lett az első mesterséges bolygó. Néhány hónappal később a Luna–2 becsapódott a Hold felszínébe, a Luna–3 pedig lefényképezte a Hold túlsó oldalát.

A Hold elérése után a következő cél a két szomszéd bolygó lett, a Vénusz és a Mars. Több sikertelen kísérlet – amelyek során a rádió-összeköttetés megszakadása után a szonda további sorsa ismeretlenné vált – után az amerikai Mariner-2 lett az első űrszonda, amely elrepült egy másik bolygó mellett. 1962. december 14-én 34 758 km-rel repült el a Vénusz mellett.

Egy másik Mariner szonda, a Mariner–4 1964. november 28-án a Marsot érte el sikerrel és repült el mellette.

Ezt követően az eddig elért égitestek körüli pályára állás, valamint a leszállás lett a bolygókutatók célja. Először a Luna-9 szállt le a Holdra 1966. január 31-én és készített fényképeket a felszínen, majd 1966. március 31-én a Luna-10 lett a Hold első mesterséges holdja, miután sikerrel pályára állt körülötte.

Ezután a vénuszi leszállás következett. Több szondát is elvesztettek a szovjetek, a váratlanul pokolinak bizonyuló körülmények miatt, mire 1970. december 17-én a Venyera-7 lett az első szonda, amely leszállt és rádióüzenetet küldött egy másik bolygó felszínéről. A hihetetlenül forró körülmények közepette az első vénusz-szonda mindössze 23 percet bírt ki.

A Marsra szintén szovjet szondának sikerült az első leszállás. 1972. december 2-án a Marsz-3-nak sikerült leszállnia, igaz, a siker nem volt teljes, mivel a szonda mindössze 20 másodpercig küldött adatokat. A Mars kutatásában később az amerikaiak lettek sikeresebbek, a Viking szondák, majd a Mars Pathfinder és a Mars Exploration Rover ikrek, a Spirit és Opportunity legendássá váltak a felszíni kutatásaik révén, míg a Mars körüli pályára állt globális felderítők, a Mars Odyssey és Mars Global Surveyor révén ma a legtöbbet talán e bolygószomszédunkról tudunk.

A külső bolygók kutatásában sokkal kevesebb eszközt vetett be az emberiség, ám azok rendkívül sikeresek voltak. A Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz megismerésére indult expedíciók egy 70-es évek eleji felismerést használtak ki: a külső bolygók olyan formációban voltak keringési pályájukon, hogy egyetlen űrszondával végig lehetett őket látogatni, így született meg a „Grand Tour” („nagy túra”) gondolata. A Grand Tour-t egy szondapárossal tervezték teljesíteni, amelyek egyrészt elrepülnek a gázbolygók mellett, másrészt kirepülnek a Naprendszerből. A bizonytalanságok miatt előőrsként (a kisbolygóöv áthatolhatóságának vizsgálatára) egy másik szondapárost, a Pioneer-10 és Pioneer–11 szondákat indították. Ezek sikeres repülését követően indultak el a Voyager–1 és 2 amerikai űrszondák, amelyek sikerrel teljesítették a kitűzött célt, végiglátogatva a gázbolygók sorát és több mint két évtizedes bolygóközi repülés után elhagyták a Naprendszert. Emellett az emberiség üzenetét is magukkal vitték egy-egy aranylemezen, a naprendszeren túl élő esetleges értelmes civilizációk számára.

A nagybolygók vizsgálata és a naprendszer külső vidékeinek felderítése nem ért véget a Voyagerekkel. A Galileo szonda 1995 decemberében a Jupiter, a Cassini pedig 2004 júliusában a Szaturnusz körül állt pályára, és végezte/végzi a bolygó és holdrendszere részletes felderítését.