Sluneční soustava je opravdu velké místo a cestování ze světa do světa s tradičními chemickými raketami trvá věčně. Jedna technika, vyvinutá již v 60. letech, by však mohla poskytnout způsob, jak dramaticky zkrátit dobu cestování: jaderné rakety.
Spuštění rakety poháněné radioaktivním materiálem má samozřejmě také svá rizika. Měli bychom se o to pokusit?
Řekněme, že jste chtěli navštívit Mars pomocí chemické rakety. Vyrazili byste ze Země a šli na nízkou oběžnou dráhu Země. Potom ve správný okamžik vypálíte raketu a zvednete oběžné dráhy ze Slunce. Nová eliptická trajektorie, kterou sledujete, se po osmi měsících letu protíná s Marsem.
Toto je známo jako Hohmannův přenos a je to nejefektivnější způsob, jak víme, jak cestovat ve vesmíru, s použitím nejmenšího množství paliva a největšího užitečného zatížení. Problém je samozřejmě čas. Po celou cestu budou astronauti konzumovat jídlo, vodu, vzduch a budou vystaveni dlouhodobému záření hlubinného vesmíru. Poté návratová mise zdvojnásobí potřebu zdrojů a zdvojnásobí radiační zátěž.
Musíme jít rychleji.
Ukázalo se, že NASA přemýšlela o tom, co bude následovat po chemických raketách téměř 50 let.
Jaderné tepelné rakety. Určitě urychlují cestu, ale nejsou bez svých vlastních rizik, proto jste je neviděli. Ale možná je tu jejich čas.
V roce 1961 NASA a Komise pro atomovou energii spolupracovaly na myšlence jaderného tepelného pohonu neboli NTP. To byl průkopník Werner von Braun, který doufal, že lidské mise budou létat na Mars v 80. letech na křídlech jaderných raket.
No, to se nestalo. Provedli však několik úspěšných testů jaderného tepelného pohonu a prokázali, že to funguje.
Zatímco chemická raketa pracuje tak, že zapálí nějaký druh hořlavé chemikálie a poté vytlačí výfukové plyny z trysky. Díky dobrému starému Newtonovu třetímu zákonu víte, pro každou akci existuje stejná a protichůdná reakce, raketa dostává tah v opačném směru od vyloučených plynů.
Podobně funguje jaderná raketa. Koule uranového paliva velikosti mramoru prochází procesem štěpení a uvolňuje ohromné množství tepla. To zahřívá vodík na téměř 2 500 ° C, který je pak vytlačen ze zadní části rakety vysokou rychlostí. Velmi vysoká rychlost, která dává raketě dvakrát až třikrát vyšší účinnost pohonu chemické rakety.
Vzpomínáte na 8 měsíců, které jsem zmínil o chemické raketě? Jaderná tepelná raketa by mohla zkrátit dobu průjezdu na polovinu, možná dokonce na 100 denních výletů na Mars. Což znamená méně zdrojů spotřebovaných astronauty a nižší radiační zátěž.
A je tu další velká výhoda. Tah jaderné rakety by mohl umožnit mise jít, když Země a Mars nejsou dokonale vyrovnány. Právě teď, když zmeškáte své okno, musíte počkat další 2 roky, ale jaderná raketa by vám mohla dát nátlak na řešení zpoždění letu.
První zkoušky jaderných raket začaly v roce 1955 projektem Rover ve vědecké laboratoři Los Alamos. Klíčovým vývojem bylo miniaturizace reaktorů natolik, aby je bylo možné nasadit na raketu. Během několika příštích let konstruktéři postavili a otestovali více než tucet reaktorů různých velikostí a výkonů.
S úspěchem Project Rover se NASA zaměřila na lidské mise na Mars, které by následovaly přistávací plochy Apolla na Měsíci. Vzhledem k vzdálenosti a době letu se rozhodli, že jaderné rakety budou klíčem k tomu, aby byly mise schopnější.
Jaderné rakety samozřejmě nejsou bez rizika. Reaktor na palubě by byl malým zdrojem záření pro posádku astronautů na palubě, což by bylo vyváženo zkrácenou dobou letu. Hluboký vesmír sám o sobě je obrovským nebezpečím záření, protože konstantní galaktické kosmické záření poškozuje astronaut DNA.
V pozdních šedesátých létech, NASA založil program jaderného motoru pro aplikaci raketových vozidel, nebo NERVA, vyvíjet technologie, které by se staly jadernými raketami, které by lidi přivedly na Mars.
Testovali větší a silnější jaderné rakety v Nevadské poušti a vypouštěli vysokorychlostní plynný vodík přímo do atmosféry. Zákony o životním prostředí byly tehdy mnohem méně přísné.
První NERVA NRX byl nakonec testován téměř dvě hodiny s 28 minutami na plný výkon. A druhý motor byl nastartován 28krát a běžel 115 minut.
Nakonec testovali nejsilnější jaderný reaktor, který byl kdy postaven, reaktor Phoebus-2A, který je schopen generovat 4 000 megawattů energie. Tahání po dobu 12 minut.
Ačkoli různé součásti nebyly nikdy sestaveny do rakety připravené k letu, inženýři byli spokojeni, že jaderná raketa splní potřeby letu na Mars.
Ale pak se USA rozhodly, že už nechtějí jít na Mars. Místo toho chtěli raketoplán.
Program byl ukončen v roce 1973 a od té doby nikdo testoval jaderné rakety.
Ale nedávný pokrok v technologii učinil jaderný tepelný pohon přitažlivější. Již v 60. letech byl jediným zdrojem paliva, který mohl použít, vysoce obohacený uran. Ale nyní si inženýři myslí, že se jim podaří s obohaceným uranem.
S tím by bylo bezpečnější pracovat a umožnilo by to více raketovým zařízením provádět testy. Bylo by také snazší zachytit radioaktivní částice do výfukového plynu a správně je zlikvidovat. To by snížilo celkové náklady na práci s technologií.
22. května 2019 schválil americký kongres finanční prostředky na vývoj raket jaderného tepelného pohonu ve výši 125 milionů dolarů. Ačkoli tento program nehraje roli při návratu Artemis 2024 NASA na Měsíc, cituje - „vyzývá NASA, aby vyvinula víceletý plán, který umožní demonstraci jaderného tepelného pohonu včetně časové osy spojené s vesmírnou demonstrací. a popis budoucích misí a pohonných a energetických systémů umožňovaných touto schopností. “
Jaderné štěpení je jedním ze způsobů, jak využít sílu atomu. Vyžaduje samozřejmě obohacený uran a vytváří toxický radioaktivní odpad. A co fúze? Kde jsou atomy vodíku vtlačeny do helia, uvolňující energii?
Slunce vycházelo z fúze díky své obrovské hmotě a teplotě jádra, ale udržitelná, energeticky pozitivní fúze byla nepolapitelnou námi malými lidmi.
Obrovské experimenty, jako je ITER v Evropě, doufají, že během příštího desetiletí udrží energii z jaderné syntézy. Poté si můžete představit, jak se fúzní reaktory miniaturizují do té míry, že mohou plnit stejnou roli jako štěpný reaktor v jaderné raketě. Ale i když nemůžete získat fúzní reaktory do té míry, že jsou čisté energetické pozitivní, mohou stále poskytovat obrovské zrychlení pro množství hmoty.
A možná nemusíme čekat desetiletí. Výzkumná skupina v Princeton Plasma Physics Laboratory pracuje na konceptu s názvem Direct Fusion Drive, o kterém si myslí, že by mohlo být připraveno mnohem dříve.
Je založen na fúzním reaktoru Princeton Field-Reversed Configuration vyvinutém v roce 2002 Samuelem Cohenem. Horká plazma helia-3 a deuteria je obsažena v magnetické nádobě. Hélium-3 je na Zemi vzácné a je cenné, protože fúzní reakce s ním nevytvoří stejné množství nebezpečného záření nebo jaderného odpadu jako jiné fúzní nebo štěpné reaktory.
Stejně jako u štěpné rakety, i fúzní raketa zahřívá pohonnou látku na vysoké teploty a poté ji vypálí zezadu, čímž vytvoří tah.
Funguje tak, že se seřadí lineární magnety, které obsahují a spřádají velmi horkou plazmu. Antény kolem plazmy jsou naladěny na specifickou frekvenci iontů a vytvářejí proud v plazmě. Jejich energie se čerpá až do okamžiku, kdy se atomy spojí a uvolní nové částice. Tyto částice putují skrz zadržovací pole, dokud nejsou zachyceny čarami magnetického pole a zrychlují se zezadu rakety.
Teoreticky by fúzní raketa byla schopna poskytnout 2,5 až 5 Newtonů tahu na megawatt se specifickým impulsem 10 000 sekund - pamatujte 850 z štěpných raket a 450 z chemických raket. Také by to vyrábělo elektřinu potřebnou pro kosmickou loď daleko od Slunce, kde solární panely nejsou velmi účinné.
Direct Fusion Drive by byl schopen nést 10tunovou misi do Saturn za pouhé 2 roky, nebo 1tunovou kosmickou loď ze Země do Pluta za asi 4 roky. New Horizons potřeboval téměř 10.
Protože se jedná také o 1 megawattový fúzní reaktor, poskytl by také energii všem nástrojům kosmické lodi, když dorazí. Mnohem více než jaderné baterie, které jsou v současné době přenášeny hlubokými vesmírnými misemi, jako jsou Voyager a New Horizons.
Představte si, jaké druhy mezihvězdných misí mohou být na stole s touto technologií.
A satelitní systémy Princeton nejsou jedinou skupinou, která pracuje na takových systémech. Applied Fusion Systems požádaly o patent na jaderný fúzní motor, který by mohl poskytnout úder kosmické lodi.
Vím, že to bylo desetiletí, protože NASA seriózně testovala jaderné rakety jako způsob, jak zkrátit dobu letu, ale vypadá to, že technologie je zpět. V příštích několika letech očekávám nový hardware a nové testy systémů pohonu jaderného tepla. A jsem neuvěřitelně nadšený možností, že nás skutečné fúzní jednotky zavedou do jiných světů. Jako vždy, zůstaňte naladěni, dám vám vědět, kdy někdo skutečně letí.
