Сунчев систем је заиста велико место и заувек је потребно путовати из света у свет традиционалним хемијским ракетама. Али једна техника, развијена 60-их година прошлог века, може пружити начин да драматично скратимо наше време путовања: нуклеарне ракете.
Наравно, лансирање ракете коју покреће радиоактивни материјал има и своје ризике. Требамо ли покушати?
Рецимо да сте желели да посетите Марс помоћу хемијске ракете. Отпухао би се са Земље и ушао у ниску Земљину орбиту. Затим у правом тренутку испалите ракету, подижући своју орбиту са Сунца. Нова елиптична путања коју пратите пресијецала је Марсом након осам мјесеци лета.
То се назива Хохманнов трансфер, а то је најефикаснији начин на који знамо како путовати у свемир, користећи најмање количине погонског средства и највећи износ корисног терета. Проблем је, наравно, у времену које је потребно. Током целог путовања астронаути ће конзумирати храну, воду, ваздух и бити изложени дуготрајном зрачењу дубоког свемира. Тада мисија повратка удвостручује потребу за ресурсима и удвостручује зрачење.
Морамо ићи брже.
Испада да НАСА скоро 50 година размишља о ономе што следи након хемијских ракета.
Нуклеарне термалне ракете. Они дефинитивно убрзавају путовање, али нису без властитих ризика, због чега их нисте видели. Али можда је њихово време овде.
Године 1961. НАСА и Комисија за атомску енергију заједно су радиле на идеји нуклеарног топлотног погона, или НТП. То је покренуо Вернер вон Браун, који се надао да ће људске мисије летети на Марс 1980-их, на крилима нуклеарних ракета.
Па, то се није догодило. Али извели су успешна испитивања нуклеарног термичког погона и показали да то и делује.
Док хемијска ракета дјелује тако што запаљује неку врсту запаљиве хемикалије, а затим издувне гасове избацује из млазнице. Захваљујући добром старом Невтоновом трећем закону, знате, за сваку акцију постоји једнака и супротна реакција, ракета прима потисак у супротном смеру од избачених гасова.
Нуклеарна ракета делује на сличан начин. Кугла са уранијумским горивом величине мрамора пролази процес фисије, ослобађајући огромну количину топлоте. Ово загрева водоник до скоро 2.500 Ц, који се потом великом брзином избацује са стражње стране ракете. Веома велика брзина, даје ракети два до три пута већу погонску ефикасност хемијске ракете.
Сећате се 8 месеци које сам поменуо за хемијску ракету? Нуклеарна термална ракета могла би преполовити време транзита, можда чак и 100 дневно путовање на Марс. Што значи мање ресурса које астронаути троше и мање зрачење.
И ту је још једна велика корист. Потисак нуклеарне ракете могао би допустити мисије да иду када Земља и Марс нису савршено усклађени. Ако сада пропустите свој прозор, мораћете да сачекате још две године, али нуклеарна ракета може вам дати потицај да се носите са кашњењима лета.
Прва испитивања нуклеарних ракета започела су 1955. године пројектом Ровер у научној лабораторији у Лос Аламосу. Кључни развој је била минијатуризација реактора довољно да се могу ставити на ракету. Током наредних неколико година, инжењери су изградили и тестирали више десетина реактора различитих величина и излазних снага.
Са успехом Пројецт Ровера, НАСА је усмјерила своје мисије на људске мисије на Марс које би следиле слетаче Аполона на Месец. Због даљине и времена летења, одлучили су да ће нуклеарне ракете бити кључ за боље мисије.
Наравно, нуклеарне ракете нису без ризика. Реактор на броду био би мали извор зрачења за посаду астронаута на броду, што би надмашило смањено време летења. Сам дубоки свемир представља огромну опасност од зрачења, а константно галактичко космичко зрачење оштећује ДНК астронаута.
Крајем 1960-их, НАСА је поставила програм Нуклеарни мотор за ракетна возила, или НЕРВА, развијајући технологије које би постале нуклеарне ракете које би људе одвеле на Марс.
Они су тестирали веће, снажније нуклеарне ракете у пустињи Невада, испуштајући водоник велике брзине право у атмосферу. Закони о животној средини су тада били много мање строги.
Први НЕРВА НРКС на крају је тестиран скоро два сата, са 28 минута пуне снаге. А други мотор је стартован 28 пута и радио је 115 минута.
На крају су тестирали најмоћнији нуклеарни реактор икада изграђен, реактор Пхоебус-2А, који је способан да произведе 4.000 мегавата снаге. Потискивање 12 минута.
Иако се разне компоненте никада нису саставиле у ракету спремном за лет, инжењери су били сигурни да ће нуклеарна ракета задовољити потребе лета до Марса.
Али тада су САД одлучиле да више не желе ићи на Марс. Уместо тога, желели су свемирски шатл.
Програм је угашен 1973. године и од тада нико није тестирао нуклеарне ракете.
Али недавни напредак технологије учинио је нуклеарно термичко погон привлачнијим. Шездесетих година прошлог века једини извор горива који су могли да користе је високо обогаћени уранијум. Али сада инжињери мисле да ће успети да прођу са мало обогаћеног уранијума.
Ово би било сигурније радити, и омогућило би више ракетних објеката да извршавају тестове. Такође би било лакше ухватити радиоактивне честице у испух и правилно их збринути. То би смањило укупне трошкове рада са технологијом.
22. маја 2019. амерички Конгрес одобрио је 125 милиона долара финансирања за развој ракета нуклеарног термичког погона. Иако овај програм нема никакву улогу да се НАСА-ин Артемис 2024 врати на Месец, он - цитирам - „позива НАСА да развије вишегодишњи план који омогућава демонстрацију нуклеарног термичког погона, укључујући временску линију повезану са демонстрацијом у свемиру. и опис будућих мисија и система за погон и погон који су омогућени овом способношћу. "
Нуклеарна фисија је један од начина да се искористи снага атома. Наравно, потребан је обогаћени уранијум и ствара токсични радиоактивни отпад. Шта је са фузијом? Где се атоми водоника цепају у хелијум, ослобађајући енергију?
Сунце је разрађивало фузију захваљујући огромној маси и температури језгре, али одрживу, енергетски позитивну фузију смо неумољиви људи излудјели.
Огромни експерименти попут ИТЕР-а у Европи надају се одржавању фузијске енергије у наредној деценији. Након тога, можете замислити да се фузијски реактори минијатуризирају до те мере да могу да играју исту улогу као реактор за дељење у нуклеарној ракети. Али чак и ако не можете да добијете фузијске реакторе до те мере да су нето позитивни у енергији, они могу да омогуће огромно убрзање за количину масе.
А можда не требамо чекати деценијама. Истраживачка група из Принцетон Пласма Лабораторија за физику ради на концепту под називом Дирецт Фусион Дриве, за који сматрају да би могао бити спреман много раније.
Заснован је на фузијском реактору с преокренутим конфигурацијом у Принцетону, који је 2002. године развио Самуел Цохен. Врућа плазма хелијума-3 и деутеријума налазе се у магнетној посуди. Хелијум-3 је редак на Земљи и вредан је зато што фузијске реакције са њим неће створити исту количину опасног зрачења или нуклеарног отпада као и остали фузиони или фисијски реактори.
Као и код ракете за дељење, ракетна фузија загрева погонско гориво до високих температура, а затим га пуше са леђа, стварајући потисак.
Дјелује тако што се поставља гомила линеарних магнета који садрже и врте врло врућу плазму. Антене око плазме подешавају се на специфичну фреквенцију јона и стварају струју у плазми. Њихова енергија се пумпа до тачке да се атоми стапају, ослобађајући нове честице. Те честице лутају кроз заштитно поље све док их не ухвате линије магнетног поља и не убрзавају се иза леђа ракете.
Теоретски, фузијска ракета била би способна да обезбеди 2,5 до 5 Њута потиска по мегавату, са специфичним импулсом од 10 000 секунди - сетите се 850 из ракета са фисијама и 450 из ракета хемијских. Такође би производио електричну енергију потребну свемирској летјелици далеко од Сунца, гдје соларни панели нису баш ефикасни.
Погон са директним фузијама могао би да носи мисију од 10 тона до Сатурна за само две године, или свемирску летјелицу од једне тоне од Земље до Плутона за око 4 године. Нев Хоризонс-у је требало скоро 10.
Будући да је такође фузијски реактор од 1 мегавата, он ће такође обезбедити снагу за све инструменте свемирске летелице када стигну. Много више од нуклеарних батерија које тренутно носе свемирске мисије као што су Воиагер и Нев Хоризонс.
Замислите које би врсте међузвјезданих мисија могле бити на столу и овом технологијом.
А Принцетон Сателлите Системс није једина група која ради на оваквим системима. Примењени фузијски системи су пријавили патент за мотор нуклеарне фузије који би могао да пружи потисак свемирским летелицама.
Знам да је прошло деценија од када је НАСА озбиљно тестирала нуклеарне ракете као начин да скрати време летења, али изгледа да се технологија вратила. У наредних неколико година очекујем да видим нови хардвер и нове тестове нуклеарних термалних погонских система. И невероватно сам узбуђен због могућности да нас стварни фузијски погони одведу у друге светове. Као и увек, будите у току, обавестићу вас када неко стварно лети.
