Vízmeghajtású műholdak? A forradalmi hajtóanyag, amely megváltoztatja az űrrepülést

A műholdak vízmeghajtása használhat gőzmeghajtást (rezisztorhajtómű), elektrolízist hidrogénné és oxigénné égetéshez, vagy víz-plazma/ion hajtóműveket nagy ISP-jű meghajtáshoz.
A Momentus Space Vigoride eszköze egy mikrohullámú elektrotermikus hajtóművet (MET) használ, amely mikrohullámokkal, napenergiával forralja fel a vizet plazmává, majd nagy energiájú sugárként lövi ki azt.
2023 januárjában a Momentus Vigoride-5 35 hajtóműindítást hajtott végre, és kizárólag vízmeghajtással mintegy 3 km-rel emelte meg pályáját.
2018-ban a HawkEye 360 Pathfinder műholdak és a Capella Space radar műholdja a DSI Comet vízhajtóműveit használták pályakarbantartásra, ami az első kereskedelmi, űrbeli vízmeghajtású alkalmazás volt.
2019-ben a Tokiói Egyetem AQT-D CubeSat műholdját bocsátották fel az ISS-ről, és víz rezisztorhajtóművet teszteltek vele helyzetirányításra és kisebb pályamódosításokra.
A NASA Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) küldetése 2021-ben a Hydros víz-elektrolízises hajtóműrendszert vitte egy 6U CubeSaton, hogy bemutassa az űrbeli elektrolízises meghajtást.
Az ArianeGroup 2026 őszére tervez egy ESMS demonstrációt pályán, egy kétüzemű vízhajtóművel, amely kb. 90 perc alatt elektrolizálja a vizet, majd egy 30 másodperces bipropelláns égést hajt végre, kb. 300 másodperces Isp-t elérve, és állítólag a meghajtási költségeket akár harmadával is csökkenti.
A Pale Blue PBR-20 hajtóművét (1 mN tolóerő, több mint 70 s Isp) 2019-ben és 2023-ban tesztelték, egy nagyobb PBR-50 (10 mN) 2024 elején indult, és a cég világelsőként 1U méretű vízion hajtóművet tervez két D-Orbit rideshare küldetésen 2025-ben.
2024-re a vízhajtóművek már működő műholdflottákban is megjelentek, a Hawkeye 360, Capella és BlackSky Gen-2 műholdak Comet vízmeghajtást használnak pályakarbantartásra.
A 2019-es WINE demonstrációban a UCF és a Honeybee Robotics szimulált aszteroida jeget bányászott, hogy vizet nyerjen ki és gőzrakéta-hajtást működtessen, bemutatva az űrbeli utántöltés és a „helyben élés” lehetőségét.

Képzeljünk el egy jövőt, ahol a műholdakat nem mérgező üzemanyagok vagy ritka gázok hajtják, hanem egyszerű, hétköznapi víz. Talán sci-finek hangzik, de a vízmeghajtású műholdhajtóművek gyorsan valósággá válnak. Ezek az újfajta meghajtórendszerek H₂O-t használnak hajtóanyagként – vagy szuperhevített gőzt lőnek ki, vagy a vizet hidrogénre és oxigénre bontják égetéshez –, hogy a műholdakat pályán mozgassák. Az előnyök nyilvánvalóak: a víz olcsó, bőséges, zöld, és sokkal biztonságosabb a hagyományos rakéta-üzemanyagoknál esa.int, nasa.gov. Ahogy Chris Hadfield nyugalmazott űrhajós fogalmazott, az, hogy pusztán napenergiával és desztillált vízzel lehet űreszközöket hajtani, „nagy szabadság”, különösen, mivel a víz az űrben is széles körben elérhető (holdi kráterekben, üstökösjégben) spaceref.com. Ebben a jelentésben bemutatjuk, hogyan működik a vízmeghajtás, előnyeit és hátrányait, valamint a legújabb (2025-ig bezárólag) áttöréseket, amelyek ezt a technológiát a kísérleti bemutatóktól a széles körű alkalmazás felé viszik.

Hogyan működnek a vízzel hajtott műholdhajtóművek?

A víz önmagában nem ég el, mint a hagyományos üzemanyag – ez a reakciótömeg, amelyet energiával látnak el és kilöknek, hogy tolóerőt hozzanak létre. Mérnökök néhány ötletes módon tették lehetővé a vízzel működő hajtóművek használatát:

Gőzhajtás (elektrotermikus hajtóművek): A legegyszerűbb megközelítés, hogy a vizet nagy nyomású gőzzé hevítik, majd egy fúvókán keresztül kilövik, hogy tolóerőt hozzanak létre. Ezek a „gőzrakéta” vagy rezisztorhajtómű tervek elektromos fűtőtesteket vagy mikrohullámú energiát használnak a víz felforralásához. Például a Momentus Space Vigoride járműve egy mikrohullámú elektrotermikus hajtóművet (MET) használ, amely „mikrohullámokkal forralja a vizet napenergia segítségével”, amíg az plazmává nem válik, és nagy energiájú sugárként távozik spaceref.com. Ez olyan, mintha egy fúvókát tennénk egy vízforralóra vagy mikrohullámú sütőre – a kiáramló forró gőz tolja a műholdat. A gőzalapú hajtóművek alacsony tolóerejűek, de nagyon biztonságosak és mechanikailag egyszerűek. A japán Pale Blue startup 2023-ban bizonyította be egy ilyen rendszer működését pályán, amikor egy vízzel működő rezisztorhajtóművel néhány kilométerrel módosította egy kis Sony műhold pályáját phys.org. A Pale Blue terve alacsony nyomáson tartja a vizet, és mérsékelt hőmérsékleten párologtatja el, ezzel két perc folyamatos működést igazolt az űrben phys.org.
Elektrolízis (vízrakéta hajtóművek): Egy energiadúsabb módszer, ha a vizet hidrogénné és oxigénné bontjuk (elektrolízis útján), majd ezt a keveréket egy mini rakétahajtóműben elégetjük. Lényegében a műhold nyomás nélküli folyékony vizet szállít, majd a napelemekből származó elektromos energiával igény szerint gyúlékony gázokat állít elő. A NASA Hydros hajtóműve, amelyet a Tethers Unlimited közreműködésével fejlesztettek ki, úttörő volt ebben a megközelítésben spinoff.nasa.gov. Miután pályára áll, a Hydros elektrolízissel H₂-t és O₂-t állít elő, amelyeket tömlőkben tárol, majd egy kamrában meggyújt, hogy lökésszerű hajtóerőt hozzon létre spinoff.nasa.gov. Ez „az elektromos és a kémiai hajtás hibridje” – magyarázza Robert Hoyt, a Tethers Unlimited vezérigazgatója –, vagyis a vízbontást a napenergia végzi, de az így keletkező égés adja a nagy lökést spinoff.nasa.gov. Az európai ArianeGroup mérnökei hasonló rendszeren dolgoznak: egy nagy víztartály táplálja az elektrolizálót, a hidrogén/oxigén gázokat pedig körülbelül 90 percnyi előállítás után gyújtják be, így ciklusonként nagyjából 30 másodpercnyi hajtóerőt kapnak ariane.group. Ez a ciklikus töltés- és égetés-folyamat sokkal nagyobb tolóerőt képes leadni, mint az elektromos ionhajtóművek (az ArianeGroup becslése szerint akár 14-szer nagyobb tolóerőt adhat azonos bemeneti teljesítmény mellett, mint a Hall-effektusú ionhajtóművek) esa.int. A kompromisszum a mérsékelt fajlagos impulzus – vagyis üzemanyag-hatékonyság –, amely a hagyományos kémiai és elektromos hajtás között helyezkedik el esa.int. Ennek ellenére a teljesítmény lenyűgöző: „A hidrazin fajlagos impulzusa 200 s, míg a vízé 300 s” – jegyzi meg az ArianeGroup munkatársa, Jean-Marie Le Cocq, kedvezően hasonlítva össze vízhajtóművüket a mérgező üzemanyaggal, amelyet kiválthat ariane.group.
Ion- és plazmahajtóművek víz felhasználásával: A víz hajtóanyagként is szolgálhat fejlett elektromos hajtóművekben. Ezekben a tervekben a vízgőzt ionizálják vagy más módon plazmává gerjesztik, majd elektromágneses mezők gyorsítják fel, hogy tolóerőt hozzanak létre (hasonlóan a xenon ionhajtóműhöz). Például a Pale Blue egy Water Ion Thruster nevű hajtóművet fejleszt, amely mikrohullámú plazmaforrást használ a vízmolekulák atomizálására és az ionok kilövésére phys.org. Az ilyen rendszerek sokkal nagyobb fajlagos impulzust érhetnek el (500+ másodperc), mivel a hajtóanyagot rendkívül nagy sebességgel lövik ki reddit.com. Hasonlóképpen, kutatók teszteltek vízzel táplált ívhajtóműveket (~550 s Isp) és mikrohullámú plazmahajtóműveket (akár 800 s Isp) reddit.com – ezek teljesítménye megegyezik vagy meghaladja sok korszerű elektromos hajtóműét. A kihívás itt a plazmaképzés kezelése és az elektródák korróziójának megakadályozása a víz melléktermékei miatt. De a lehetőség óriási: a nagy fajlagos impulzusú vízhajtóművek a vizet tömeghatékonyabbá tehetik, mint a hagyományos üzemanyagokat bizonyos küldetéseknél reddit.com. Ezek még feltörekvő technológiák; a Pale Blue első víz-ion hajtóművének pályán végzett bemutatóit 2025-re tervezik két küldetésen a D-Orbit hordozó űreszközével payloadspace.com. A jövőben a hibrid hajtóművek akár üzemmódokat is kombinálhatnak – például egy kettős rendszer, amely nagy tolóerejű gőzégetést kínál szükség esetén, és hatékony ionhajtást a hosszú távú utazáshoz phys.org.

Minden esetben a lényegi ötlet az, hogy elektromos energiát (napelemekből) használunk arra, hogy kinetikus energiát adjunk a víztömegnek, majd azt kilökjük meghajtás céljából. Maga a víz inert és nem mérgező, ami egyedülállóan kényelmessé teszi – folyadékként tárolható (nincs szükség nagynyomású tartályokra az indításnál), és nem robban fel vagy mérgezi meg a kezelőket. A meghajtás csak akkor „ébred fel”, amikor a műhold már biztonságosan pályán van, és rendelkezésre áll az energia a víz felmelegítéséhez vagy elektrolíziséhez. Ez az igény szerinti működés pontosan az oka annak, hogy a NASA vízalapú hajtóművekbe fektet be kis műholdak számára: „A PTD-1 ezt az igényt fogja kielégíteni az első vízalapú elektrolízises űrhajó-meghajtórendszer űrbeli bemutatásával” – mondta David Mayer, egy 2021-es tesztküldetés projektmenedzsere nasa.gov. A következő szakaszok azt vizsgálják majd, miért olyan vonzó ez a koncepció – és milyen kihívások maradtak még.

A vízmeghajtás előnyei

Biztonság és egyszerűség: A hagyományos műholdhajtóanyagok, mint a hidrazin vagy a xenon, vagy rendkívül mérgezőek, korrozívak, vagy nagy nyomású tárolást igényelnek. Ezzel szemben a víz „a legbiztonságosabb rakéta-üzemanyag, amit ismerek” – jegyzi meg Mayer nasa.gov. Nem mérgező, nem gyúlékony, és szobahőmérsékleten stabil, ami a beépítést és az indítást sokkal egyszerűbbé és olcsóbbá teszi nasa.gov. Nincs szükség vegyvédelmi ruhára vagy bonyolult üzemanyag-töltési eljárásokra – „nyugodtan játszhatnak vele egyetemisták, nem fogják magukat megmérgezni” – viccelődik a Tethers Unlimited vezérigazgatója spinoff.nasa.gov. Ez a biztonsági tényező különösen fontos a CubeSatok számára, amelyek drága elsődleges rakományokat szállító rakétákon osztoznak, ahol a szigorú szabályok gyakran tiltják a fedélzeti robbanóanyagokat vagy nagynyomású tartályokat nasa.gov. A vízmeghajtású rendszerek ártalmatlanok maradnak, amíg pályán nem aktiválják őket, ami csökkenti a biztonsági aggályokat. Ez még a legkisebb CubeSatok számára is megnyitotta a meghajtás lehetőségét, ami korábban az üzemanyag-biztonsági korlátozások miatt elérhetetlen volt.

Alacsony költség és mindenütt jelenlét: A víz rendkívül olcsó és univerzálisan elérhető. Nincs ellátási lánc szűk keresztmetszet – a világ bármelyik indítóállomása könnyen beszerezheti a tiszta vizet (és ki is önthet belőle anélkül, hogy probléma lenne). „A víz mindenhol elérhető a Földön, és kockázat nélkül szállítható,” hangsúlyozza az ArianeGroup munkatársa, Nicholas Harmansa, aki biztos abban, hogy „a víz a jövő üzemanyaga” ariane.group. Literenként a víz fillérekbe kerül, miközben az egzotikus elektromos hajtóanyagok, mint például a xenongáz, ár- és ellátási ingadozásokat mutatnak. A víz-hajtóművek hardvere is olcsóbb lehet: nincs szükség vastag falú nyomástartó edényekre vagy mérgező anyagokat szállító csővezetékre. Összességében a víz használata háromszorosára csökkentheti a hajtóműrendszer költségeit a hagyományos rendszerekhez képest az ArianeGroup becslései szerint ariane.group. Az Európai Űrügynökség megállapította, hogy egy 1 tonnás műhold ~20 kg tömeget takaríthat meg, ha hidrazin helyett vízbontásos hajtóművet használ, továbbá „jelentősen csökkentett kezelési és feltöltési költségekkel” esa.int esa.int. A kereskedelmi üzemeltetők számára ezek a tömeg- és pénzbeli megtakarítások több hasznos terhet és kevesebb kockázatot jelentenek.

Űrbeli utántöltés és fenntarthatóság: Talán a legizgalmasabb előny az, hogy a vízmeghajtás miként teheti lehetővé a fenntartható űrinfrastruktúrát. A víz nemcsak a Földön gyakori – bőségesen megtalálható a Naprendszerben is. A Holdon, a Marson, aszteroidákon és olyan holdakon, mint az Európa, található jéglerakódások lényegében „űrbéli benzinkutak”, amelyek csak arra várnak, hogy kiaknázzák őket mobilityengineeringtech.com. A mérgező üzemanyagokkal ellentétben, amelyek újraelőállításához bonyolult vegyi üzemekre lenne szükség a Földön kívül, a víz bányászható és minimális feldolgozás után közvetlenül hajtóanyagként használható. Ennek óriási jelentősége van a mélyűri kutatásban: egy űrhajó feltöltheti tartályait a célállomáson kitermelt jéggel, majd határozatlan ideig folytathatja útját. Ennek a koncepciónak úttörő bemutatója volt 2019-ben, amikor a UCF és a Honeybee Robotics csapata tesztelte a WINE (World Is Not Enough) prototípust, egy kis leszállóegységet, amely szimulált aszteroida jeget bányászott, és azt gőzrakéta tolóerő előállítására használta en.wikipedia.org. A WINE sikeresen fúrt jeges regolitba, vizet nyert ki, és gőzsugárral „ugrott” egy vákuumkamrában – bizonyítva, hogy egy jármű képes „helyben élni” és önmagát utántölteni a „örökös felfedezéshez” en.wikipedia.org. Hosszú távon a vízzel hajtott űrhajók aszteroidáról aszteroidára vándorolhatnak anélkül, hogy valaha is újratöltésre lenne szükségük a Földről en.wikipedia.org. Még a Föld közeli műveletekben is olyan cégek, mint az Orbit Fab, a vizet tekintik az űrbeli utántöltési szolgáltatások egyik lehetséges üzemanyagának, mivel rendkívül könnyű kezelni. Mindez a vízmeghajtást az űrbeli gazdaság sarokkövévé teszi, amelyet a jövőbe tekintők próbálnak felépíteni: „mi a vizet alapvető erőforrásnak látjuk, amely kulcsfontosságú ehhez a gazdasághoz” – mondja Hoyt, aki a következő generációs Hydros hajtóműveket tervezi utántöltő csatlakozókkal a végtelen élettartam érdekében spinoff.nasa.gov.

Környezeti és üzemeltetési tisztaság: Mivel a víz zöld hajtóanyag, nem bocsát ki mérgező kipufogógázt – csak vízgőzt vagy egy kevés hidrogént/oxigént, ami gyorsan eloszlik. Ez nemcsak a Föld környezetének, hanem az érzékeny űreszköz-rendszereknek is előnyös. Az optikai szenzorokat vagy csillagkövetőket nem homályosítja el lerakódás, és nincs kockázata annak, hogy a maró hajtóműcsóva érzékeny felületeket érjen mobilityengineeringtech.com. Chris Hadfield rámutat, hogy a vízalapú hajtóművek ideálisak olyan szervizküldetésekhez, mint például az öregedő Hubble Űrteleszkóp pályájának emelése, mert „nem permetezhetik [a Hubble-t] semmilyen hajtóanyag-maradvánnyal” spaceref.com. A vízplazma-hajtómű gyengéd, szabályozott tolóereje lehetővé teszi a pályák emelését vagy süllyesztését a kémiai hajtóművek intenzív rázkódásai nélkül, csökkentve a mechanikai igénybevételt az érzékeny műveletek során spaceref.com. Összefoglalva, a vízmeghajtás nemcsak a műholdakat indítók és építők számára barátságosabb, hanem maguknak a műholdaknak és égi szomszédaiknak is.

Egy kis műhold illusztrációja, amely vízalapú hajtóművet használ pályán. A vízmeghajtás elektromos fűtéssel vagy elektrolízissel is elérhető, így tolóerő keletkezik, biztonságosabb és „zöldebb” alternatívát kínálva a hagyományos kémiai rakétákkal szemben nasa.gov nasa.gov.

Kihívások és korlátok

Ha a vízmeghajtás ilyen nagyszerű, miért nem használja már minden műhold? Mint minden új technológiánál, itt is vannak kompromisszumok és akadályok, amelyeket le kell küzdeni:

Alacsonyabb tolóerő (bizonyos üzemmódokban): A tiszta vízzel működő reszisztorhajtóművek általában jóval kisebb tolóerőt produkálnak, mint a kémiai rakéták. A forrásban lévő víz csak bizonyos sebességgel tud távozni (egyszerű gőzhajtóműveknél jellemzően 50–100 másodperc közötti fajlagos impulzust eredményez reddit.com, blog.satsearch.co). Ez megfelelő a kis CubeSat-ok számára, amelyek finom pályakorrekciókat végeznek, de azt is jelenti, hogy a manőverek lassúak. Egy 50 s Isp értékű gőzhajtómű „sokkal rosszabb ár-érték arányt” nyújt impulzus tekintetében, mint egy tipikus 300 s hidrazin hajtómű reddit.com. Az iparág ezt úgy próbálja orvosolni, hogy nagyobb energiájú megoldások felé mozdul, mint például a plazmahajtóművek (500+ s Isp) és a víz bipropelláns égése (~300 s Isp) reddit.com, ariane.group. Ennek ellenére a tolóerő/teljesítmény arány korlátozó tényező – jelentős tolóerőhöz bőséges elektromos teljesítményre van szükség. Kis műholdaknál a rendelkezésre álló energia korlátozott, így a tolóerőnek is van egy felső határa, hacsak nem szerelnek fel nagy napelemeket vagy más energiaforrásokat. Ezért még a legjobb víz-ion hajtóművek is inkább lassú pályaemelésre alkalmasak, nem pedig gyors pályamódosításokra (egyelőre). A mérnököknek gondosan mérlegelniük kell, hogy egy küldetés delta-V és időzítési követelményei teljesíthetők-e elektromos vízhajtóművel, vagy nagyobb tolóerejű kémiai rendszerre van szükség.

Energia- és hőigények: A víz tárolása egyszerű lehet, de forró gázzá vagy plazmává alakítása rengeteg energiát igényel. Különösen az elektrolízis energiaéhes – a víz bontása eleve nem hatékony, és utána még a gázokat is be kell gyújtani. Az elektrolizálók és fűtők bonyolultabbá teszik a rendszert, és meghibásodási pontokat jelentenek. A hőkezelés is kihívás: a forraló vagy plazmarendszerek forrón működhetnek, ami nehéz az űr vákuumában, ahol a hűtés problémás. A Tethers Unlimited munkatársa, Hoyt megjegyezte az anyagokkal kapcsolatos kihívásokat, amikor „hidrogénnel, oxigénnel és túlhevített gőzzel” kell dolgozni – a korrózió és a szennyeződés könnyen tönkreteheti a rendszert spinoff.nasa.gov. A tervezőknek speciális bevonatokat és ultratiszta vizet kell használniuk, hogy elkerüljék az elektródák szennyeződését és biztosítsák a hosszú élettartamot spinoff.nasa.gov. Ezeket a problémákat fokozatosan oldják meg (jobb anyagokkal és például az elektrolizáló égéstértől való elkülönítésével), de évek kutatása és fejlesztése kellett egy megbízható hajtóműhöz. Valójában, bár a NASA már az 1960-as évek óta elméletben foglalkozik vízrakétákkal, csak nemrég jelent meg egy „gyakorlati víz-elektrolízises hajtómű” ezek miatt a technikai akadályok miattspinoff.nasa.gov.

Teljesítmény kontra tárolás kompromisszuma: A víz terjedelmes. Bár sűrűsége jó (1 g/mL, hasonló sok folyékony üzemanyaghoz), önmagában nem tartalmaz kémiai energiát. Ez azt jelenti, hogy nagy delta-V küldetéseknél a víz hajtóanyagtartálynak nagyobbnak kell lennie, mint az energiadúsabb hajtóanyagok tartályainak. A víz előnye, hogy fejlett hajtóművek külső energiát tudnak bevinni, hogy ezt ellensúlyozzák. Például egy mikrohullámú elektrotermikus hajtómű, amely 5 kW-ot juttat a vízbe, ~800 s Isp-t érhet el reddit.com, így minden csepp vízből nagyobb teljesítményt lehet kihozni. De ezek a teljesítményszintek csak nagyobb űreszközökön érhetők el. A kis műholdak alacsonyabb Isp-re lehetnek korlátozva, így a víz tömeg szerint kevésbé hatékony számukra. További probléma a víz kezelése pályán: megfagyhat, ha a csövek vagy tartályok nincsenek fűtve, vagy tolóerő-ingadozást okozhat, ha váratlanul gőzzé válik. A mérnökök ezt gondos hőszabályozással és nyomásszabályozással oldják meg (pl. a vizet enyhén nyomás alatt tartják, hogy folyékony maradjon, amíg nem akarják elpárologtatni phys.org). Emellett, bár a víz indításkor nem nyomás alatt van, egyes rendszerek megkövetelik, hogy az űrben nyomás alá helyezzék (vagy az elektrolizált gázokat nyomás alatt tárolják tartályokban). Ez visszahoz némi bonyolultságot a nyomás alatti rendszerekből, bár csak pályára állás után. A küldetéstervezőknek számolniuk kell a hajtóanyag elpárolgásával is – a fűtött tartályban lévő víz szivároghat vagy elpárologhat egy hosszú küldetés során, ha nincs megfelelően lezárva és hűtve.

Repülési örökség és bizalom: 2025-ben a vízmeghajtás még mindig viszonylag új szereplő az üzemelő flottákban. Sok műholdüzemeltető „várjunk és nézzük meg” hozzáállást tanúsít, mert biztosak akarnak lenni abban, hogy a technológia bevált. A korai alkalmazók, mint a HawkEye 360 (amely 2018-ban repült vízmeghajtású hajtóművekkel) és a Sony Star Sphere programja (2023) segítettek a bizalom kiépítésében geekwire.com, phys.org. Az óvatosabb ügyfelek azonban további bemutatókat igényelhetnek, különösen kritikus küldetések esetén, mielőtt lemondanának a jól bevált kémiai hajtóművekről. Voltak kisebb fennakadások is: például a NASA Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) küldetése 2021-ben azt célozta, hogy bizonyítsa a Tethers Hydros hajtóművét pályán nasa.gov. Bár a küldetés nagyrészt sikeres volt, minden rendellenesség vagy teljesítménycsökkenés (ha előfordult ilyen) tanulságul szolgál, amelyeket a jövőbeli változatok javítani fognak. Érdemes megjegyezni, hogy még a sikeres tesztek is eddig korlátozott időtartamúak voltak (néhány percnyi működés). Ezeknek a rendszereknek a hosszú távú állóképességét (több száz indítás éveken át) tesztelik, de még nem teljesen igazolták az űrben. Ez gyorsan változik, mivel olyan cégek, mint a Momentus, már tucatnyi alkalommal indították be vízmeghajtású hajtóműveiket pályán nasdaq.com. Minden új küldetés tágítja a lehetőségek határait, és közelebb hozza a vízmeghajtást a főáramú opcióvá váláshoz. Eközben a mérnökök és a szabályozók gondosan értékelik ezeket a hajtóműveket, hogy kialakítsák a szabványokat és a legjobb gyakorlatokat (például annak biztosítása, hogy egy „vízzel üzemelő” műhold biztonságosan deorbitálható legyen az élettartama végén, ha egy kis vizet tartalékolnak az utolsó deorbitálási manőverhez – ez követelmény az űrszemét csökkentése érdekében).

Röviden, a vízmeghajtás korlátai – az alacsonyabb azonnali tolóerő, az energiaigény és a fejlesztés korai szakaszából fakadó kockázat – azt jelentik, hogy még nem jelent minden helyzetre univerzális megoldást. Azonban az elmúlt évek gyors fejlődése arra utal, hogy ezeket a kihívásokat egyenként sikerül leküzdeni, ahogy a következőkben a tényleges küldetések és szereplők kapcsán bemutatjuk.

Korai innovációk és történelmi mérföldkövek

A víz, mint űrhajtóanyag használatának koncepciója évtizedek óta kering. A NASA kutatói már az Apollo-korszakban felismerték, hogy a vízből hidrogént/oxigént lehet előállítani – ugyanazt az erőteljes kombinációt, amely a Space Shuttle-öket is hajtotta –, ha az űrben rendelkezésre áll energia spinoff.nasa.gov. A 20. század során azonban az ötlet a tervezőasztalon maradt; a tárolható, mérgező üzemanyagokat használó kémiai rakéták egyszerűen kiforrottabbak voltak, és nagyobb tolóerőt biztosítottak a kor technológiájához képest. Csak a műholdak miniatürizálásával és az elektromos energia fejlődésével nyert új jelentőséget a vízmeghajtás. Íme néhány kulcsfontosságú korai mérföldkő, amelyek elvezettek a jelenlegi állapothoz:

2011–2017: A CubeSatok (apró, 10 cm-es kockákból épített műholdak) megjelenése egyaránt apró, biztonságos hajtóműveket igényelt. Kutatócsoportok ismét elkezdték vizsgálni a vizet, mint ideális CubeSat hajtóanyagot, mivel sok indítási szolgáltató betiltotta a kémiai üzemanyagokat a másodlagos hasznos terheknél. 2017-ben a Purdue Egyetem csapata, Prof. Alina Alexeenko vezetésével bemutatta a FEMTA (Film-Evaporation MEMS Tunable Array) nevű mikrohajtóművet, amely ultra-tisztított vizet használ mobilityengineeringtech.com. A FEMTA 10 mikronos kapillárisokat alkalmazott szilíciumba marva; a felületi feszültség tartja a vizet a helyén, amíg egy fűtőelem fel nem forralja, és ki nem lövi a gőzmikrosugarakat. Vákuumkamrás tesztekben egy FEMTA hajtómű 6–68 µN tartományban szabályozható tolóerőt produkált, körülbelül 70 s fajlagos impulzussal futurity.org, sciencedirect.com. Négy FEMTA hajtómű (összesen körülbelül egy teáskanálnyi vízzel) kevesebb mint egy perc alatt képes volt elforgatni egy 1U CubeSatot, mindössze 0,25 W teljesítménnyel mobilityengineeringtech.com. Ez áttörést jelentett annak bemutatásában, hogy még nagyon alacsony teljesítményű rendszerek is képesek érdemi helyzetirányítást biztosítani víz segítségével. Alexeenko kiemelte a víz vonzerejét nemcsak földi pályákon, hanem az űrbeli erőforrás-használat szempontjából is – „Úgy gondolják, hogy a víz bőségesen megtalálható a Mars Phobos holdján, ami potenciálisan hatalmas űrbéli benzinkúttá teheti… [és] nagyon tiszta hajtóanyag” mobilityengineeringtech.com.

üzemszerű használata

Deep Space Industries (DSI)

Comet

geekwire.com

AQT-D (Aqua Thruster-Demonstrator)

blog.satsearch.co

2019: A NASA érdeklődése a vízmeghajtás iránt az elméletből a gyakorlatba lépett. A Tethers Unlimited, NASA SBIR szerződések és egy „Tipping Point” partnerség keretében, leszállította a repülésre kész HYDROS-C hajtóművet CubeSatokhozspinoff.nasa.gov spinoff.nasa.gov. A NASA ezt integrálta a Pathfinder Technology Demonstrator 1 (PTD-1) küldetésbe, egy 6U CubeSatba. Bár az indítás 2021-re csúszott, a küldetés célja az volt, hogy ez legyen az „első vízalapú elektrolízises űrhajtómű rendszer demonstrációja az űrben” nasa.gov. Már önmagában az, hogy a NASA jóváhagyott egy vízmeghajtású hasznos terhet, jelezte a bizalmát annak biztonságában és hasznosságában a kis küldetések számára. A magánszektorban a DSI-t 2019-ben felvásárolta a Bradford Space geekwire.com, így a DSI teljesen a hajtóművekre fókuszált. A Bradford továbbra is forgalmazta a Comet hajtóművet, mint nem mérgező alternatívát a kis műholdak számára, és még a nagy integrátorok is felfigyeltek rá – a LeoStella (a BlackSky földmegfigyelő konstelláció gyártója) úgy döntött, hogy a Comet vízhajtóműveket alkalmazza a közelgő műholdjain geekwire.com. 2019 végére egyértelmű volt a lendület: a vízmeghajtás a labor prototípusoktól eljutott a valódi űreszközökig, és komoly befektetéseket vonzott.
Tethers Unlimited (USA) & NASA: A Tethers Unlimited (TUI) úttörő volt a Hydros vízbontásos hajtóműveivel, amelyeket a NASA SBIR finanszírozásával fejlesztettek ki spinoff.nasa.gov. A NASA Ames és Glenn központtal együttműködve a TUI a Hydros-C-t a NASA PTD-1 küldetésén repítette, ezzel úttörővé vált a vízmeghajtású CubeSat-ok terén spinoff.nasa.gov. A TUI nagyobb, Hydros-M egységeket is épített 50–200 kg-os műholdakhoz egy NASA Tipping Point szerződés keretében, és hajtóműveket szállított a Millennium Space Systems számára tesztelésre spinoff.nasa.gov. A NASA folyamatos támogatása (olyan programokon keresztül, mint a Small Spacecraft Technology és a közelgő On-orbit Servicing küldetések) azt mutatja, hogy az ügynökség erősen hisz a víz hajtóanyagban, mint biztonságos, újratölthető űreszközök megoldásában. A TUI vezérigazgatója, Hoyt úgy képzeli el, hogy a vízhajtóművek a jövőben újratöltő csatlakozókkal lesznek felszerelve, és képesek lesznek feltölteni magukat Orbit Fab depókból vagy aszteroida-bányászati műveletekből spinoff.nasa.gov.
Momentus Inc. (USA): A Momentus kifejlesztett egy egyedülálló mikrohullámú elektrotermikus hajtóművet (MET), amely víz felhasználásával hoz létre plazmasugarakat, és ezt integrálta a Vigoride pályamódosító járműbe. Bár rögös út vezetett idáig (beleértve az amerikai szabályozói vizsgálatokat és egy elhalasztott SPAC-fúziót), a Momentus sikeresen végrehajtott több Vigoride bemutató repülést 2022–2023-ban. A 2023. januári Vigoride-5 küldetés során a Momentus „MET hajtóművét 35 begyújtással tesztelte pályán”, ezzel igazolva a hajtómű teljesítményét különböző felhasználási esetekben nasdaq.com. Az egyik teszt során a Vigoride-5 kizárólag vízmeghajtással mintegy 3 km-rel emelte meg pályáját spaceref.com. A vállalat igazgatótanácsának tagja, Chris Hadfield hangos támogatója a Momentusnak, kiemelve, hogy „egyre több vizet találunk a Naprendszerünkben”, amelyet hajtóanyagként lehet használni, és hogy a Momentus MET-je lényegében „egy fúvóka egy mikrohullámú sütőn”, amely még a vizet is plazmává tudja alakítani tolóerő céljából spaceref.com. A Momentus most már űrbeli szállítási szolgáltatásokat kínál, kihasználva a víz alacsony költségét, hogy akár árban is versenyezhessen. Emellett ambiciózus projekteket is javasoltak, például egy vízalapú vontatóval emelnék meg a Hubble teleszkóp pályáját, hogy meghosszabbítsák annak élettartamát spaceref.com. Bár a Momentus még bizonyítja kereskedelmi életképességét, tagadhatatlanul előrelépést ért el a technológiában azzal, hogy többször is bemutatta a skálázható vízmeghajtású rendszert pályán.
Pale Blue (Japán): A Tokiói Egyetemen alapított startup, a Pale Blue az egyik legígéretesebb név az ázsiai vízalapú hajtóművek terén. 2023 márciusában a Pale Blue víz-resistojet hajtóműve hajtotta meg a Sony EYE műholdját (a Star Sphere projekt részeként) – ez volt az első alkalom, hogy egy magánfejlesztésű japán vízhajtómű működött pályán phys.org. A hajtómű egy kétperces manővert hajtott végre, amely a tervek szerint módosította a CubeSat pályáját, ami nagy mérföldkő a cég számára phys.org. A Pale Blue többféle hajtóművet kínál: a PBR-sorozatú (10, 20, 50) resistojet moduloktól a kis műholdakhoz, az érkező PBI víz ionhajtóművön át egészen a tervezett víz Hall-effektusú hajtóműig (PBH), amelyet 2028-ra terveznek blog.satsearch.co. A PBR-20 hajtóművüket (1 mN tolóerő, >70 s Isp) 2019-ben és 2023-ban is tesztelték repülés közben, a nagyobb PBR-50 (10 mN tolóerő) pedig 2024 elején indult első küldetésére blog.satsearch.co. 2025-ben a Pale Blue tervezi bemutatni a világ első 1U méretű víz ionhajtóművét két D-Orbit rideshare küldetésen (júniusban és októberben) payloadspace.com. A japán kormány erősen támogatja a Pale Blue-t – egy 2024-es program akár 27 millió dollárt is odaítélt a cégnek, hogy fejlessze vízalapú hajtóművét kereskedelmi és védelmi célokra (ami a nem mérgező műholdhajtóművek iránti nemzeti érdeklődést jelzi). Partnerségekkel (például az olasz D-Orbit céggel) és jelentős finanszírozással a Pale Blue célja, hogy biztonságos, újratölthető vízrendszereivel forradalmasítsa a kis műholdas hajtóművek piacát.
Bradford Space (USA/Európa): Miután 2019-ben felvásárolta a Deep Space Industries-t, a Bradford Space megörökölte a Comet vízmeghajtású hajtóművet, és azóta több műholdas küldetéshez is szállította azt. A Comet-et „a világ első működő vízmeghajtású rendszerének” nevezik, és több ügyfél is alkalmazta már geekwire.com. Különösen említésre méltó, hogy a HawkEye 360 pathfinder műholdjai és a Capella Whitney demonstrációs műholdja 2018-ban mind Comet hajtóműveket használtak a pályakarbantartáshoz geekwire.com. A seattle-i székhelyű LeoStella gyártó szintén a Comet hajtóműveket választotta a második generációs BlackSky képalkotó műholdakhoz, amelyeket épít, ami a Comet megbízhatóságába vetett bizalmat jelzi geekwire.com. A Comet hajtómű körülbelül 17 mN tolóerőt és 175 s Isp-t biztosít blog.satsearch.co, elektotermikus fűtővel bocsátja ki a vízgőzt. A Bradford „indításbiztos” alternatívaként kínálja a hidrazin rendszerek helyett kis- és közepes műholdak számára blog.satsearch.co. Az USA-ban és Európában is jelen lévő Bradford a Comet technológiát a jövőbeli mélyűri küldetések terveibe is integrálja (például a javasolt Xplorer űreszköz buszuk aszteroida küldetésekhez vízmeghajtást használhat a mélyűri manőverezéshez geekwire.com). Ahogy a konstellációk száma növekszik, a Bradford repülésben már bizonyított vízmeghajtású hajtóműveinek gyártása kulcsfontosságú beszállítóvá teszi a céget azok számára, akik nem veszélyes meghajtást szeretnének nagy mennyiségben.
ArianeGroup & európai partnerek (EU): Európában a nagy űripari fővállalkozó, az ArianeGroup vezeti a vízalapú hajtóművek fejlesztését, céljuk, hogy a következő generációs LEO és MEO műholdakat ilyen rendszerekkel szereljék fel. Németországi, lampoldshauseni telephelyükön az ArianeGroup csapata egy hibrid elektromos-kémiai vízhajtóművet épített (nagyon hasonló a Tethers Hydros koncepciójához) ariane.group. 2023 végére részleteket is közöltek: a rendszer kb. 90 perc alatt elektrolizálja a vizet, majd egy 30 másodperces bipropelláns égést hajt végre, összesen mintegy 300 másodperces fajlagos impulzussal ariane.group. A tervezés moduláris és skálázható – növelhető az elektrolizáló cellák száma, a tartály mérete vagy a hajtóműkamrák száma, hogy különböző műholdigényeket elégítsenek ki ariane.group. Az ArianeGroup szerint a rendszer akár „háromszor olcsóbb lehet”, mint a jelenlegi kémiai hajtóművek a konstellációk számára ariane.group. Az ESA és a DLR (német űrügynökség) támogatásával az ArianeGroup egy pályán végzett bemutatót tervez 2026 őszén az ESMS műholdon, amely a vízhajtóművet pályakorrekcióra és pályamegtartásra fogja használni ariane.group. Ez a demonstráció igazolja majd az elektrolizáló működését mikrogravitációban, valamint a kétüzemű hajtómű teljesítményét az űrben. Európa befektetése azt jelzi, hogy a vízhajtóművet versenyképes és fenntartható alternatívának tekintik a műholdhálózatok számára, különösen a közelgő szabályozások fényében, amelyek „zöld” hajtóanyagokat írnak elő a kilövési kockázatok csökkentése érdekében.
Egyéb figyelemre méltó startupok: A fent említett nagy nevek mellett világszerte számos startup innovál a vízmeghajtás területén. Aurora Propulsion Technologies (Finnország) kis ARM-sorozatú víz tolómotorokat kínál CubeSatokhoz, beleértve olyan modulokat is, amelyek teljes 3-tengelyes irányítást tesznek lehetővé 1U–12U műholdak számára apró víz-mikrosugarak segítségével blog.satsearch.co. SteamJet Space Systems (Egyesült Királyság) kifejlesztette a találó nevű Steam Thruster One és „TunaCan” thruster eszközöket, amelyek kompakt elektotermális vízmeghajtású motorok, és elférnek a CubeSat kilövőegységek kihasználatlan terében blog.satsearch.co. Ezeket legalább egy CubeSat küldetésen repülés közben is bizonyították, megmutatva, hogy még a nanoszatellitek is képesek pályamódosításokra egy kis felmelegített vízzel blog.satsearch.co. Franciaországban a ThrustMe (amely jódos elektromos hajtóműveiről ismert) néhány koncepcióban vizsgálta a víz hajtóanyagként való alkalmazását, míg Olaszországban ESA által támogatott startupok is fontolgatják a víz használatát kis hordozórakéták felső fokozataihoz vagy orbitális vontatókhoz. Emellett egy érdekes szereplő a URA Thrusters, amely egy sor vízmeghajtású rendszert vázolt fel – a Hall-effektusú thruster-től, amely vízgőzt vagy oxigént is képes használni blog.satsearch.co, a „ICE” elektrolízises thruster-ig, amely MEMS-méretű vízbontást és égést kombinál blog.satsearch.co, egészen a Hydra hibridig, amely egy Hall thruster-t párosít egy kémiai hajtóművel a rugalmas teljesítmény érdekében blog.satsearch.co. Bár ezek közül néhány még csak tervezési fázisban van, a fejlesztések széles köre egyértelművé teszi: a vízmeghajtás nem egyetlen trükkös újdonság, hanem egy széles technológiai mozgalom, amely világszerte vonzza az innovátorokat.

A Tethers Unlimited HYDROS-C vízmeghajtású rendszerének repülési prototípusa CubeSatokhoz. Ez a kompakt egység víztartályokat, egy elektrolizátort, gázbladdereket és egy rakétahajtómű-fúvókát tartalmaz spinoff.nasa.gov. Az ilyen rendszerek a pályára állásig inaktívak maradnak, majd a napenergia segítségével a vizet hidrogénné/oxigénné bontják, amelyeket hajtóanyagként használnak a tolóerőhöz.

Küldetések és mérföldkövek: Vízmeghajtás működés közben

Az elmúlt évek tényleges űrmissziói bizonyították a vízmeghajtású hajtóművek megvalósíthatóságát, és továbbra is bővítik képességeiket. Az alábbiakban egy idővonal látható a jelentős küldetésekről és bemutatókról, amelyek a vízmeghajtást mutatják be:

2018 – Első pályahasználat: A HawkEye 360 Pathfinder műholdak (3 darab formációban) és egy Capella Space radarműhold mindegyike a DSI Comet vízhajtóműveit használja a pályakarbantartáshoz a 2018. decemberi indítás után geekwire.com. Ezek lettek az első kereskedelmi műholdak, amelyek víz hajtóanyaggal működtek, sikeresen végrehajtva manővereket és igazolva a hajtómű működését az űrben.
2019 – ISS-en végrehajtott bemutató: A Tokiói Egyetem AQT-D (Aquarius) 3U CubeSat műholdja, amelyet a Nemzetközi Űrállomásról bocsátottak fel, víz rezisztojet hajtóműveit működteti pályán. A rendszer eléri a helyzetstabilizálást és kisebb pályamódosításokat, ezzel Japán első vízmeghajtású űrbeli bemutatóját valósítva meg. Ez a küldetés bizonyította, hogy egy többfúvókás vízhajtómű működhet mikrogravitációban, és megalapozta a Pale Blue későbbi fejlesztéseit blog.satsearch.co.
2021 – NASA PTD-1: Pathfinder Technology Demonstrator-1, egy NASA 6U CubeSat, végrehajtja az első víz-elektrolízises meghajtási tesztet pályán. Körülbelül 0,5 liter vizet szállítva, a PTD-1 Hydros hajtóműve programozott tolóerő-manővereket hajt végre, bemutatva, hogy a víz H₂/O₂-re bontása és elégetése a vártnak megfelelően képes meghajtani egy műholdat nasa.gov. Ez a több hónapig tartó küldetés igazolta a rendszer teljesítményét, biztonságát és újraindíthatóságát, új, bevált lehetőséget adva a kis műholdak pályaszabályozására.
2022 – Vigoride debütálása: A Momentus 2022 májusában pályára állítja a Vigoride-3 (első orbitális szolgáltató járművét). Bár a kezdeti hajtóműtesztek korlátozottak (a jármű néhány rendellenességet tapasztalt a korai működés során spacenews.com), a küldetés megalapozza a vízalapú MET fokozatos tesztelését. A Momentus kapcsolatot létesít, és megtanulja működtetni az új hajtóművet a valódi űrkörnyezetben news.satnews.com, ezzel előkészítve a fejlesztéseket a következő repülésekhez.
2023 – Több siker: Ez az év fordulópont, több vízmeghajtású sikerrel:
- Momentus Vigoride-5 (2023. jan.): Sikeresen végrehajt 35 hajtóműindítást vízalapú MET rendszerével pályán, megemelve pályáját és beállítva helyzetét kizárólag vízplazma-sugarak segítségével nasdaq.com. Ez jelentős bizonyíték arra, hogy egy nagyobb (~250 kg-os) jármű is képes jelentős pályamódosításokra vízmeghajtással.
- Momentus Vigoride-6 (2023. ápr.): Folytatja a tesztelést, sőt, egy ügyfél pályára állítását is teljesíti (bár egy szoftveres időzítési hiba enyhe pályahajlás-eltérést okozott) nasdaq.com. A Vigoride-6 továbbra is működőképes, tovább erősítve a hajtóműrendszer megbízhatóságát.
- Pale Blue EYE Demo (2023. márc.): A Sony EYE CubeSat pályaemelő manővert hajt végre a Pale Blue vízhajtóművével ~120 másodpercig phys.org. A demonstráció sikere – amely a műholdat közelebb vitte a Föld-fotózáshoz szükséges célpályához – igazolja a hajtómű pályán való működőképességét, és széles körben Japán vízmeghajtásba való belépéseként számolnak be róla phys.org.
- EQUULEUS a Holdnál (2022 vége–2023): Bár a mainstream médiában nem kapott nagy nyilvánosságot, érdemes megemlíteni, hogy EQUULEUS, a JAXA–Tokiói Egyetem CubeSatja, amelyet az Artemis I (2022. nov.) indított a Holdhoz, víz-resistojetrendszert vitt magával pályakorrekciókhoz sciencedirect.com. Vízmeghajtású hajtóművekkel sikeresen hajtott végre pályakorrekciókat az Earth–Moon Lagrange-pont felé vezető úton, ezzel demonstrálva a vízmeghajtást ciszlunáris térben – ez az első ilyen művelet LEO-n túli térségben.
2024 – Felskálázás: A vízmeghajtás egyre több működő műholdon jelenik meg:
- Flottatelepítések: A Hawkeye 360 következő műholdcsoportjai és a Capella újabb SAR műholdjai továbbra is vízalapú Comet hajtóműveket használnak rutinszerűen, a Bradford támogatásával. Emellett a BlackSky Gen-2 műholdjai, amelyeket 2024-ben indítottak, szintén Comet vízmeghajtást alkalmaznak a Föld-megfigyelő konstelláció pályakarbantartásához geekwire.com.
- Új hajtóművek indítása: A Pale Blue nagyobb PBR-50 hajtóművei 2024 elején indulnak először egy smallsat rideshare küldetésen (a pontos misszió nem nyilvános), céljuk, hogy ~10 mN tolóerőt biztosítsanak egy mikroműhold számára pályán blog.satsearch.co. Ez kezdi meg a vízmeghajtás minősítését a nagyobb smallsat osztályok számára.
- Infrastruktúra: Olyan cégek, mint az Orbit Fab bejelentik, hogy a víz is az egyik üzemanyag-opció lesz a tervezett orbitális üzemanyag-depóikhoz, és a NASA TALOS projektje vízalapú „drop tankokat” fontolgat mélyűri vontatókhoz – ez tükrözi azt a szélesebb körű elfogadást, hogy a víz a következő években a világűri logisztikai lánc része lesz.
2025 – Következő és folyamatban lévő küldetések: Izgalmas missziók vannak napirenden:
- Pale Blue D-Orbit repülések: Az első víz-ion hajtóművet (PBI) 2025 közepén és végén tesztelik repülés közben a D-Orbit Ion Satellite Carrier fedélzetén payloadspace.com. Ezek a tesztek mérik a nagy hatékonyságú tolóerőt, és megnyitják az utat a kereskedelmi ionos egységek előtt, amelyek vízzel működnek xenon vagy kripton helyett.
- JAXA RAISE-4 kísérlet: Japán űrügynöksége 2025-ben tervezi indítani a RAISE-4 technológiai demonstrációs műholdat, amely várhatóan a Pale Blue legújabb hajtóművét (valószínűleg a továbbfejlesztett PBI-t) viszi tesztelésre alacsony Föld körüli pályán blog.satsearch.co.
- Momentus kereskedelmi bevezetés: A Momentus arra számít, hogy a tisztán tesztelési fázisból átlép az operatív küldetésekbe, és ügyfelek rakományait szállítja. 2025-re céljuk, hogy pályaemelési szolgáltatásokat nyújtsanak – például kis műholdakat vigyenek egy rideshare pályáról egy kívánt magasabb pályára – kizárólag vízmeghajtással. Ez lesz a vízhajtóművek gazdasági életképességének próbája valós küldetésekben.
- ESA vízhajtómű demonstráció: Európában megkezdődnek az utolsó előkészületek a Spectrum Monitoring Satellite (ESMS) küldetéshez, amelyet 2026-ra terveznek, és amelynek vízmeghajtó rendszerét 2025-re integrálják és földi tesztelésnek vetik alá ariane.group. Ha minden jól megy, ez lesz az első teljes értékű kereskedelmi műhold, amely elsődleges meghajtásként vízre támaszkodik (nem csak demonstrációs egységként).

Ez az idővonal egyértelmű gyorsulást mutat: néhány évvel ezelőtt még egyedi kísérletek voltak, ma már több űreszköz is vízre támaszkodik, és sok további van előkészületben. Minden siker növeli a bizalmat és a tapasztalatot, ami további felhasználókat vonz. A 2020-as évek közepére a vízmeghajtás kilép a kísérleti fázisból, és a küldetéstervezők eszköztárának részévé válik.

Egy kis műhold (a Sony EYE cubesat) művészi ábrázolása, amely 2023-ban Pale Blue vízalapú resistojet hajtóművet használt pályájának módosítására phys.org phys.org. A demonstráció volt az első alkalom, hogy egy japán startup vízmeghajtást alkalmazott az űrben, és a műhold pályamódosítása igazolta a hajtómű teljesítményét.

A legújabb áttörések (2024–2025) és a következő lépések

Az elmúlt két évben gyors fejlődés volt tapasztalható, és a tendencia várhatóan folytatódik. A legfrissebb hírek és fejlemények 2024–2025-ben kiemelik, hogy a vízmeghajtás új magasságokba emelkedik:

Finanszírozás és iparági támogatás: A nem mérgező meghajtás stratégiai értékének felismerése miatt kormányzati ügynökségek fektetnek be vízhajtóművekbe. 2024-ben Japán METI több milliárd jenes támogatást (akár ~27 millió USD) ítélt oda a Pale Blue-nak, hogy felskálázzák vízmeghajtású technológiájukat kereskedelmi és védelmi műholdakhoz spacenews.com. Ez a tőkeinjekció segíti a Pale Blue-t a tolóerő növelésében és nagyobb rendszerek fejlesztésében, amelyek nagyobb műholdakhoz is alkalmasak. Európa Horizon programjai szintén támogatják a zöld hajtóanyag-megoldásokat, a vízalapú tervek pedig központi szerepet kapnak, ahogy azt az ESA ArianeGroup 2026-os demonstrációjának támogatása is mutatja ariane.group. Még az amerikai védelmi minisztérium (DoD) is érdeklődést mutatott a biztonságos CubeSat-meghajtás iránt az Űrhaderő projektjeihez, ahol a víz biztonsága fontos érv.
Nagyobb teljesítményű hajtóművek: A technológia terén a fejlesztők a vízalapú hajtóműveket nagyobb teljesítmény és hatékonyság felé tolják. Az egyik áttörés a láthatáron a víz Hall-effektusú hajtóművek – amelyek a Hall-plazmahajtóművek hatékonyságát ötvözik a víz hajtóanyaggal. A Pale Blue tervezett PBH hajtóműve 2028-ra egy példa erre blog.satsearch.co, és az URA Thrusters koncepcionális Hydra rendszere (kettős Hall + kémiai) egy másik blog.satsearch.co. Ha megvalósulnak, ezek olyan küldetéseket is képesek lehetnek ellátni, amelyeket jelenleg csak kémiai hajtóművek vagy nagy elektromos hajtóművek tudnak, például gyors pályamódosításokat vagy bolygóközi pályákat, de a vízzel való egyszerű utántöltés előnyével. Emellett a Momentus és mások is vizsgálják, hogyan lehet tovább növelni MET-jeik ISP-jét, például magasabb mikrohullámú frekvenciák vagy új rezonáns üregek alkalmazásával, hogy hatékonyabban hevítsék fel a vizet. A ~1000 s fajlagos impulzus elérhető közelségbe kerülhet a következő iterációkban, ami a vízalapú hajtóműveket hatékonyságban a hagyományos ionhajtóművek szintjére emelné.
Integráció a konstellációkba: 2024-ben történt meg az első jelentős ismételt alkalmazás a vízalapú hajtóművek terén műhold-konstellációkban. Például minden új BlackSky képalkotó műhold már Bradford Comet vízhajtóművet használ a pályatartáshoz, vagyis tucatnyi azonos űreszköz fog víz hajtóanyaggal működni élettartama során geekwire.com. A Hawkeye 360 második generációs klasztere (2022–2023-ban indult) szintén vízalapú hajtóművet használ a formációrepüléshez. Ez a széles körű alkalmazás önmagában is áttörés – a vízalapú hajtóművek már nem csak egyszeri kísérletek, hanem egyes flottákban szabványos alkatrészek. A jövőben sok tervezett IoT és földmegfigyelő megakonstelláció is zöld hajtómű-opciókat fontolgat, és a víz előkelő helyen szerepel a listán az alacsony rendszerköltség miatt. Ahogy ezeknek a hajtóműveknek a gyártása felfut, az egységköltségek csökkennek, ami tovább ösztönzi az elterjedést.
Új alkalmazások: Mérnökök kreatív, új módszereket találnak a víz sokoldalúságának kihasználására. Egy fejlesztés alatt álló ötlet az elektrolízis-alapú helyzetvezérlés – apró mennyiségű elektrolizált gáz használata precíz helyzetbeállító fúvókákhoz, majd a víz újraegyesítése egy zárt rendszerben. Egy másik lehetőség a víz használata munkaközegekén a napsugárzásos termikus hajtás esetében: a napfényt koncentrálva közvetlenül felmelegítik a vizet gőzzé, amely tolóerőt ad (lényegében egy űrbeli gőzkazán, amelyet a Nap működtet, és nagyon hatékony lehet a belső Naprendszerben). Kutatók tesztelik a vízalapú hajtóanyagot leszállóegységekhez és ugráló járművekhez a Holdon/Mars felszínén. A NASA holdi Flashlight küldetése (bár végül problémákba ütközött) a tervezés korai szakaszában a vizet is lehetséges hajtóanyagként vizsgálta. Tovább tekintve, a víz lehet a hajtóanyaga a nukleáris termikus rakétáknak vagy a sugárzott energiájú hajtásnak, ahol egy külső energiaforrás (például földi lézer) melegíti fel a vizet az űreszközön, hogy tolóerőt hozzon létre reddit.com. A víz ártalmatlan természete lehetővé teszi ezeket a szokatlan koncepciókat, amelyek mérgező vagy ritka hajtóanyagokkal elképzelhetetlenek lennének.
Szakértői ajánlások: A vízmeghajtás forradalmát az űripar vezetői sem hagyták figyelmen kívül. Chris Hadfield lelkes támogatása a Momentus vízmeghajtású hajtóművei mellett spaceref.com, és olyan idézetek, mint „Biztos vagyok benne, hogy a víz a jövő üzemanyaga” európai projektmenedzserektől ariane.group, azt mutatják, hogy egyre szélesebb körű egyetértés van abban, hogy ez a technológia maradni fog. Interjúkban és konferenciákon (mint például a Small Satellite Conference és a Space Propulsion Workshop 2024-ben) a szakértők dicsérték a biztonság és teljesítmény egyensúlyát, amit a vízalapú rendszerek kínálnak. „A jó hajtási teljesítményt biztonsággal kell kiegyensúlyozni – a PTD-1 ezt az igényt fogja kielégíteni,” mondta a NASA-tól David Mayer az első vízmeghajtású demonstrátor bemutatásakor nasa.gov. Ez a kijelentés jól összefoglalja, miért terjedt el a víz: tökéletesen egyensúlyoz a kémiai hajtóművek nagy teljesítménye és az elektromos hajtás biztonsága között. Az űrmissziók tervezői egyre gyakrabban visszhangozzák ezt a véleményt szakmai kiadványokban és panelbeszélgetéseken.

Ahogy 2025-höz érkezünk, a vízmeghajtású műholdhajtóművek pályája egyértelműen felfelé ível. A következő nagy lépés valószínűleg egy olyan zászlóshajó küldetés lesz, amely valóban a vízmeghajtásra támaszkodik egy kritikus cél eléréséhez – talán egy holdi CubeSat, amely vizet használ a Hold körüli pályára álláshoz, vagy egy szervizjármű, amely önállóan tankol fel egy depóból és vontat el egy műholdat. Minden évben egyre tovább feszegetjük a határokat. Ha a jelenlegi trendek folytatódnak, a 2020-as évek végére láthatunk majd vízalapú hajtóműveket, amelyek űreszközöket hajtanak aszteroidákhoz és vissza, több száz műholdat emelnek vagy süllyesztenek pályán, mindezt minimális környezeti hatással és teljes űrbeli utántölthetőséggel. Ami egykor szokatlan ötletként indult, mára olyan gyakorlati technológiává nőtte ki magát, amely az űrműveleteket minden eddiginél megfizethetőbbé, fenntarthatóbbá és rugalmasabbá teheti.

Következtetés: Egy új korszak, amelyet a H₂O hajt

A vízmeghajtású műholdhajtómű már nem a jövő koncepciója – már itt van, és minden egyes küldetéssel bizonyít. Néhány év alatt eljutottunk az első vízgőz-pöfögésektől, amelyek egy apró CubeSatot lökdöstek, a teljesen manőverezhető űreszközökig, amelyek vízzel változtatnak pályát és végeznek összetett műveleteket. A víz, mint végső űrhajtóanyag vonzereje az elegáns egyszerűségében rejlik. Ahogy az ESA technológiai jelentése is megjegyezte, a víz „egy alulhasznosított erőforrás – biztonságos a kezelésben és környezetbarát”, ugyanakkor „két nagyon gyúlékony hajtóanyagot tartalmaz, ha elektrolizálják”, lényegében a rakéta-üzemanyag erejét rejti egy ártalmatlan formában esa.int. Ez a kettős természet – könnyű tárolás folyadékként, energikus felhasználás gázként – egyedülálló előnyt ad a víznek.

Tanúi vagyunk annak, ahogy több tényező találkozása a vízmeghajtás gyakorlati alkalmazását lehetővé teszi: jobb kis elektromos szivattyúk és fűtőelemek, hatékonyabb napelemek ezek működtetéséhez, 3D-nyomtatott fúvókák, amelyeket gőzre vagy plazmára optimalizáltak, és a kis műholdak iránti robbanásszerű kereslet, amelyeknek olcsó hajtóműre van szükségük. A kihívásokat (korlátozott tolóerő, energiaigény) innovatív mérnöki megoldásokkal kezelik, és a sikerek egyre gyűlnek. Fontos, hogy a vízmeghajtás összhangban van az űrbeli fenntarthatóság iránti általános törekvéssel – csökkenti a mérgező vegyszereket, lehetővé teszi a műholdak élettartamának meghosszabbítását utántöltéssel, sőt, akár földön kívüli erőforrásokat is hasznosíthat. A víz így nem csupán életfenntartó fogyóeszköz, hanem sokoldalú mobilitás-engedélyezővé válik az űrinfrastruktúra számára.

A köztudatban a „rakéta-üzemanyag” mindig is valami egzotikus vagy veszélyes dolog volt. Az a gondolat, hogy a víz – ugyanaz az anyag, amit iszunk és amiben fürdünk – műholdakat küldhet a Föld körül vagy azon túlra, lenyűgöző. Ez csökkenti az űrtevékenységek belépési küszöbét (nincs szükség speciális üzemanyagokra, csak találékonyságra), és olyan jövőképeket idéz fel, ahol űreszközök holdi jégbányáknál vagy aszteroida-tározóknál állnak meg tankolni. A technológia még fejlődik, de a pályája azt sugallja, hogy a vízmeghajtású hajtóművek ugyanolyan általánossá válhatnak a műholdaknál, mint az akkumulátoros motorok az autókban. Ahogy egy iparági vezető tréfásan megjegyezte, a régi vicc, miszerint „csak adj hozzá vizet”, akár az űrutazás jövőjére is igaz lehet.

Összefoglalva, a vízzel hajtott műholdas meghajtás szemléletváltást jelent a biztonságosabb, tisztább és végső soron kiterjedtebb űrműveletek felé. A kis CubeSatoktól a lehetséges bolygóközi szondákig a szerény H₂O molekula bizonyítja, hogy megvan benne a potenciál, hogy messzebbre juttasson minket. Ahogy a lendület (szó szerint és átvitt értelemben is) tovább növekszik, ne lepődjünk meg, ha a következő főcím így szól: „Vízmeghajtású űreszközök elérik a Holdat – és továbbmennek.” A vízrakéták korszaka elkezdődött, és óceánnyi lehetőséget tartogat a következő generációs űrkutatás számára spinoff.nasa.gov, spaceref.com.

Refuelling a Satellite in Orbit using a Crewed Tanker | SpaceFlight Simulator

Watch this video on YouTube.