Nowy napęd kosmiczny ma być naprawdę szybki. Przez laser i granulki do gwiazd!
Ludzkość ma na koncie wysłanie obiektów, które znajdują się daleko poza naszym Układem Słonecznym. Poruszają się jednak one jak na kosmiczne standardy w żółwim tempie. Jeśli chcemy jednak myśleć poważnie np. o dotarciu do naszego najbliższego gwiezdnego sąsiedztwa w kosmosie - układu Alpha Centauri, musimy wymyślić rodzaj napędu, który pozwoli osiągnąć naszym sondom kosmicznym o wiele większe prędkości. Właśnie pojawił się kolejny, nowy pomysł jak tego dokonać.
Artur Davoyan, naukowiec z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles zaproponował swój pomysł na to, jak rozpędzić statek kosmiczny do naprawdę dużych prędkości: napęd oparty na wiązce granulek. O co w tym chodzi?
Trzeba zacząć od tego, że by rozwiązanie mogło zadziałać, w kosmos wysłane musiałyby zostać dwa statki kosmiczne. Pierwszy z nich - właściwa sonda kosmiczna, której zadaniem byłoby dotarcie w obszary położone poza Układem Słonecznym. Drugi statek zostałby natomiast umieszczony na orbicie okołoziemskiej. Jego zadaniem byłoby wystrzeliwanie w określonych odstępach czasu (np. co sekundę) strumienia setek lub nawet tysięcy małych, metalowych granulek w kierunku właściwej sondy.
Rozgrzane laserem granulki
Oprócz tego statek pozostający w ziemskim sąsiedztwie emitowałby wiązkę laserową o 10 megawatów w kierunku oddalającej się od nas sondy. Ewentualnie, laser mógłby być skierowany w jej kierunku z Ziemi. Wtedy jednak z powodu obrotu naszej planety wokół własnej osi trzeba by mieć albo kilka stanowisk laserowych, albo trzeba by się pogodzić z tym, że laser mógłby być używany jedynie przez pewien czas w ciągu doby.
Chodzi o to, by wiązka lasera uderzała w granulki, doprowadzając je do rozgrzania i rozpadu, tak by część surowca, z którego byłyby wykonane, topiłaby się i zamieniała w plazmę, czyli niezwykle gorącą chmurę zjonizowanych cząstek. Następnie plazma przyspieszałaby resztki granulek, a ich wiązka zapewniałaby napęd sondzie kosmicznej.
Davoyan proponuje też alternatywne rozwiązanie. Według niego sonda mogłaby uzyskać napęd pochodzący od wiązki granulek, gdyby na jej pokładzie znajdował się generator pola magnetycznego, które odchylałoby strumień granulek. W tym przypadku, działanie pola magnetycznego popychałoby sondę do przodu. Taki, dość skomplikowany system mógłby rozpędzić ważącą 1 tonę sondę kosmiczną do prędkości bliskiej 500 000 km/h. To wciąż nie byłaby zawrotna prędkość, jeśli chodzi o skalę kosmiczną, ale trzeba przyznać, że byłoby to i tak ponad 10 razy szybciej niż to, na co pozwalają obecne, konwencjonalne systemy napędowe.
Jak na razie, to tylko koncepcja
Jeśli to wszystko brzmi trochę skomplikowanie a przede wszystkim nie do końca realistycznie, to nic złego. Jest to bowiem jedynie teoretyczna koncepcja, która ma za zadanie dać wyobrażenie o tym, co można by osiągnąć dość niekonwencjonalnymi metodami. Z drugiej strony koncepcja jest na tyle wartościowa, że zespół Davoyana otrzymał od NASA kwotę 175 000 dolarów na zaprezentowanie, że technologia jest wykonalna.
Jak mówi naukowiec:
Cała ta koncepcja opiera się na czystej fizyce. Podstawowy fakt jest taki, że aby napędzić statek kosmiczny trzeba albo wyrzucać paliwo z rakiety, albo… rzucasz paliwem w rakietę.
Trudno odmówić mu racji. Z punktu widzenia fizyki, obydwie metody dają ten sam efekt: nadają pęd poruszającemu się obiektowi.
Projekt jego zespołu ma potencjał do tego, by odmienić długodystansowe loty kosmiczne. To sprawiłoby, że dostępne dla nas w rozsądnej perspektywie czasowej obszary znacznie by się poszerzyły. Trzeba pamiętać, że jeśli chodzi o eksplorację najdalej położonych od nas planet takich jak Uran, Neptun i będący kiedyś uznawanym za planetę Pluton wraz z ich księżycami nasze dokonania są dosyć skromne.
Tak naprawdę flota pojazdów, jaką wysłaliśmy do ich obserwacji składa się z pięciu pojazdów. To sondy Pioneer 10 i 11, Voyager 1 i 2 oraz New Horizons. Wszystkie, z wyjątkiem ostatniej, poleciały w kosmos jeszcze w latach siedemdziesiątych. Voyager 1 przemierza kosmos od 46 lat i jest najdalej położonym od Ziemi pojazdem stworzonym przez człowieka. Według Davoyana sonda napędzana jego nowatorską metodą mogłaby go prześcignąć w ciągu pięciu lat!
Teraz czas na testy
Były dyrektor NASA Ames Research Center Pete Worden, uważa, że takie pomysły są warte wypróbowania:
Myślę, że koncepcja Davoyana z UCLA, a także inne, o których wiem, dobrze ilustrują tezę, że powinniśmy na poważnie zacząć myśleć o eksploracji bliskich Ziemi systemów gwiezdnych.
Davoyan i jego koledzy mają teraz kilka miesięcy, aby zademonstrować NASA i innym potencjalnym partnerom, że ich system napędowy może naprawdę zadziałać. Obecnie eksperymentują z różnymi materiałami, z których miałyby być wykonane granulki i testują sposoby na popychanie ich wiązkami laserowymi. Badają także, jak zaprojektować statek kosmiczny, aby wiązka peletów przenosiła na niego pęd w sposób tak efektywny, jak to tylko możliwe.
Kolejnym wyzwaniem jest sprawienie, by strumień rozgrzanych granulek, popychał sondę kosmiczną, ale jej nagrzewał. Wreszcie badają możliwe trajektorie lotu, tak by dotrzeć do poruszających się stale wzdłuż swoich orbit (co również nastręcza trudności w kwestii utrzymania wiązki lasera na statku kosmicznym) Urana, Neptuna, a także wielu innych celów eksploracji Układu Słonecznego.
Jeśli ich prace okażą się w ocenie NASA obiecujące, mogą liczyć na kolejne 600 000 dolarów i kolejne dwa lata na przetestowanie swojej koncepcji. Davoyan podkreśla jednak, że to nie wystarczy na demonstrację na dużą skalę - czyli faktyczny test prototypu w kosmosie. To wymagałoby dziesiątek milionów dolarów i byłoby możliwe po dłuższym czasie. Jak podkreśla, badania i rozwój wymagają czasu. A wyścig do tego, by osiągnąć wielkie szybkości w kosmosie, dopiero się zaczyna.
