Sunčev sustav je stvarno veliko mjesto i zauvijek je potrebno putovati iz svijeta u svijet tradicionalnim kemijskim raketama. Ali jedna tehnika, razvijena 60-ih godina prošlog stoljeća, može pružiti način da dramatično skratimo vrijeme putovanja: nuklearne rakete.
Naravno, lansiranje rakete koju pokreće radioaktivni materijal ima i svoje rizike. Trebamo li pokušati?
Recimo da ste htjeli posjetiti Mars pomoću kemijske rakete. Ispuhao bi se sa Zemlje i ušao u nisku zemaljsku orbitu. Tada u pravom trenutku ispalite raketu, podižući svoju orbitu sa Sunca. Nova eliptična putanja kojom slijedite presijeca s Marsom nakon osam mjeseci leta.
To se naziva Hohmannov transfer, a to je najučinkovitiji način na koji znamo putovati u svemiru, koristeći najmanju količinu pogonskog sredstva i najveći iznos korisnog tereta. Problem je, naravno, vrijeme koje je potrebno. Kroz putovanje astronauti će konzumirati hranu, vodu, zrak i biti izloženi dugotrajnom zračenju dubokog svemira. Tada misija povratka udvostručuje potrebu za resursima i udvostručuje zračenje.
Moramo ići brže.
Ispada da NASA gotovo 50 godina razmišlja o onome što slijedi nakon kemijskih raketa.
Nuklearne termalne rakete. Oni definitivno ubrzavaju putovanje, ali nisu bez vlastitih rizika, zbog čega ih niste vidjeli. Ali možda je njihovo vrijeme ovdje.
Godine 1961. NASA i Komisija za atomsku energiju zajedno su radile na ideji nuklearnog toplinskog pogona, ili NTP. To je pokrenuo Werner von Braun, koji se nadao da će ljudske misije letjeti na Mars 1980-ih, na krilima nuklearnih raketa.
Pa, to se nije dogodilo. Ali ipak su obavili neke uspješne testove nuklearnog toplinskog pogona i pokazali da to i djeluje.
Dok kemijska raketa djeluje tako što upaljuje neku vrstu zapaljive kemikalije i potom istiskuje ispušne plinove iz mlaznice. Zahvaljujući dobrom starom Newtonovom trećem zakonu, znate, za svaku akciju postoji jednaka i suprotna reakcija, raketa prima potisak u suprotnom smjeru od izbačenih plinova.
Nuklearna raketa djeluje na sličan način. Kugla veličine urana, mramornog goriva, prolazi kroz proces fisije, oslobađajući ogromnu količinu topline. Pri tome se zagrijava vodik do gotovo 2.500 C, koji se velikom brzinom istiskuje iza stražnjeg dijela rakete. Vrlo velika brzina, daje raketi dva do tri puta veću pogonsku učinkovitost kemijske rakete.
Sjećate se 8 mjeseci koje sam spomenuo za kemijsku raketu? Nuklearna termalna raketa mogla bi prepoloviti vrijeme tranzita, možda čak i 100 dnevno putovanje na Mars. Što znači manje resursa koje astronauti troše i manje zračenje.
A tu je i još jedna velika korist. Potisak nuklearne rakete mogao bi dopustiti misije kad zemlje i Mars nisu savršeno usklađeni. Ako sada propustite svoj prozor, morate pričekati još dvije godine, ali nuklearna raketa mogla bi vam dati poticaj da se nosite s kašnjenjima leta.
Prva ispitivanja nuklearnih raketa započela su 1955. godine projektom Rover u Znanstvenom laboratoriju u Los Alamosu. Ključni razvoj je bila minijaturizacija reaktora dovoljno da se mogu staviti na raketu. Tijekom sljedećih nekoliko godina, inženjeri su izgradili i testirali više desetaka reaktora različitih veličina i izlaznih snaga.
S uspjehom Project Rovera, NASA je razgledala ljudske misije na Mars koje bi slijedile sleće Apolona na Mjesec. Zbog daljine i vremena leta, odlučili su da će nuklearne rakete biti ključ za misiju što sposobnije.
Naravno da nuklearne rakete nisu bez rizika. Reaktor na brodu bio bi mali izvor zračenja za posadu astronauta na brodu, što bi nadmašilo skraćeno vrijeme leta. Sam duboki svemir ogroman je rizik od zračenja, a stalno galaktičko kozmičko zračenje oštećuje DNK astronauta.
U kasnim šezdesetim godinama NASA je postavila program Nuklearni motor za raketna vozila, ili NERVA, razvijajući tehnologije koje bi postale nuklearne rakete koje bi ljude odvele na Mars.
Ispitivali su veće, snažnije nuklearne rakete u pustinji Nevada, ispuštajući vodik velike brzine pravo u atmosferu. Zakoni o zaštiti okoliša tada su bili mnogo manje strogi.
Prvi NERVA NRX na kraju je testiran gotovo dva sata, s 28 minuta pune snage. A drugi motor pokrenut je 28 puta i radio je 115 minuta.
Na kraju su testirali najmoćniji nuklearni reaktor ikad izgrađen, reaktor Phoebus-2A, sposoban za proizvodnju 4000 megavata snage. Potiskivanje 12 minuta.
Iako se razne komponente nikada nisu sastavile u raketu spremnom za let, inženjeri su bili uvjereni da će nuklearna raketa zadovoljiti potrebe leta do Marsa.
Ali tada su SAD odlučile da više ne žele ići na Mars. Umjesto toga, željeli su svemirski šatl.
Program je ugašen 1973. godine i od tada nitko nije testirao nuklearne rakete.
No, nedavni napredak tehnologije učinio je nuklearni toplotni pogon privlačnijim. U 1960-ima, jedini izvor goriva koji su mogli koristiti bio je visoko obogaćeni uran. Ali sada inženjeri misle da se mogu riješiti nisko obogaćenog urana.
To bi bilo sigurnije raditi, a omogućilo bi i više raketnih objekata za testiranje. Također bi bilo lakše uhvatiti radioaktivne čestice u ispuh i pravilno ih zbrinuti. To bi smanjilo ukupne troškove rada sa tehnologijom.
22. svibnja 2019. američki Kongres odobrio je sredstva u iznosu od 125 milijuna dolara za razvoj nuklearnih raketa s termičkim pogonom. Iako ovaj program nema nikakvu ulogu za NASA-in povratak Artemis 2024 na Mjesec, citiram - „poziva NASA da izradi višegodišnji plan koji će omogućiti demonstraciju nuklearnog toplotnog pogona uključujući vremensku traku povezanu s demonstracijom u svemiru. i opis budućih misija i sustava pogona i napajanja omogućenih ovom sposobnošću. "
Nuklearna fisija jedan je od načina iskorištavanja snage atoma. Naravno, zahtijeva obogaćeni uran i stvara toksični radioaktivni otpad. Što je s fuzijom? Gdje se atomi vodika stisnu u helij, oslobađajući energiju?
Sunce je razrađivalo fuziju zahvaljujući ogromnoj masi i temperaturi jezgre, ali održivu, energetski pozitivnu fuziju neizdrživi su od nas, puka ljudi.
Ogromni eksperimenti poput ITER-a u Europi nadaju se održavanju fuzijske energije u sljedećem desetljeću ili većem. Nakon toga, možete zamisliti fuzijske reaktore kako se minijaturiziraju do te mjere da mogu igrati istu ulogu kao reaktor fisijske reakcije u nuklearnoj raketi. Ali čak i ako ne možete osigurati fuzijske reaktore do točke da imaju neto pozitivnu energiju, ipak mogu osigurati ogromno ubrzanje za količinu mase.
A možda ne trebamo čekati desetljećima Istraživačka grupa iz Princeton Plasma Laboratorija za fiziku radi na konceptu pod nazivom Direct Fusion Drive, za koji smatraju da bi mogao biti spreman mnogo prije.
Temelji se na fuzijskom reaktoru s Princezom u polju obrnutim putem, koji je 2002. godine razvio Samuel Cohen. Vruća plazma helij-3 i deuterij nalaze se u magnetskoj posudi. Helij-3 je rijedak na Zemlji i vrijedan je zato što fuzijske reakcije s njim neće stvoriti istu količinu opasnog zračenja ili nuklearnog otpada kao i ostali fuzijski ili fisijski reaktori.
Kao i kod rakete za fisiju, raketna fuzija zagrijava pogonsko gorivo do visokih temperatura, a zatim ga puše s leđa, stvarajući potisak.
Djeluje tako što postroji hrpu linearnih magneta koji sadrže i vrte vrlo vruću plazmu. Antene oko plazme podešavaju se na specifičnu frekvenciju iona i stvaraju struju u plazmi. Njihova energija se pumpa do te mjere da se atomi spajaju, oslobađajući nove čestice. Te čestice lutaju kroz zaštitno polje sve dok ih ne uhvate linije magnetskog polja i ne ubrzavaju se iza stražnje strane rakete.
Teoretski, fuzijska raketa mogla bi osigurati 2,5 do 5 Newtonova potiska po megavatu, sa specifičnim impulsom od 10 000 sekundi - sjetite se 850 iz rakete fisije i 450 iz raketa kemijskih. Također bi proizvodio električnu energiju potrebnu svemirskoj letjelici daleko od Sunca, gdje solarni paneli nisu baš učinkoviti.
Pogon s izravnim fuzijama mogao bi u samo 2 godine obaviti misiju od 10 tona do Saturna, ili svemirsku letjelicu od jedne tone sa Zemlje na Pluton za otprilike 4 godine. New Horizons trebalo je gotovo 10.
Budući da je također fuzijski reaktor snage 1 megavata, pružit će snagu i za sve instrumente svemirskog broda kad stignu. Puno više od nuklearnih baterija koje trenutno nose misije u dubokim svemirima poput Voyagera i New Horizona.
Zamislite koje bi vrste međuzvjezdanih misija mogle biti na stolu i s ovom tehnologijom.
A Princeton Satellite Systems nije jedina grupa koja radi na ovakvim sustavima. Aplicirani fuzijski sustavi prijavili su se za patent za nuklearni fuzijski motor koji bi mogao pružiti potisak svemirskim brodovima.
Znam da su prošla desetljeća otkako je NASA ozbiljno testirala nuklearne rakete kao način skraćenja vremena letenja, ali izgleda da se tehnologija vratila. Tijekom sljedećih nekoliko godina očekujem da vidim novi hardver i nova ispitivanja nuklearnih termalnih pogonskih sustava. I nevjerojatno sam uzbuđen zbog mogućnosti stvarnih fuzijskih pogona koji nas vode u druge svjetove. Kao i uvijek, budite uvijek u toku, javit ću vam kada neko zapravo leti.
