Zapnijcie pasy. Nowe paliwo jądrowe umożliwi dotarcie na Marsa w zaledwie 45 dni
Eksploracja kosmosu od dawna rozpala wyobraźnię. Odległe planety, międzygwiezdne podróże…, jednak pokonanie ogromnych dystansów wciąż stanowi olbrzymie wyzwanie. Być może jednak jesteśmy właśnie świadkami przełomu, który na zawsze zmieni trajektorię kosmicznych misji. Firma General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) ogłosiła bowiem pomyślne przeprowadzenie kluczowych testów paliwa jądrowego, które mogą zrewolucjonizować napęd rakietowy. Czy to oznacza, że Mars jest bliżej niż myślimy?
General Atomics ogłosił, że pomyślnie przeprowadził kilka znaczących testów, które przyspieszą powstanie technologii reaktorów napędzających statki kosmiczne. Chodzi o tak zwany cieplny napęd nuklearny - Nuclear Thermal Propulsion (NTP).
Te przełomowe rozwiązanie ma sprawić, że podróż na Marsa trwałaby zaledwie 45 dni. To moment w porównaniu z obecnymi możliwościami i istniejącymi napędami, które mogłyby dostarczyć statek kosmiczny na Czerwoną Planetę w czasie 450 dni. Mówimy więc o locie 10 razy szybszym!
Kosmiczny napęd nowej generacji
Czym jest cieplny napęd nuklearny? To napęd, który zakłada wykorzystanie ciepła z reaktora nuklearnego do wytworzenia odrzutu. Systemy NTP działają poprzez pompowanie ciekłego paliwa, np. wodoru, przez rdzeń reaktora. Atomy uranu rozpadają się wewnątrz rdzenia i uwalniają ciepło poprzez rozszczepienie. Ten proces podgrzewa paliwo i zamienia je w gaz, który jest rozprężany przez dyszę w celu wytworzenia ciągu.
Taki napęd charakteryzuje się większą gęstością energii niż rakiety napędzane chemicznie (czyli takie, jakie są używane teraz np. przez SpaceX) i co najmniej dwukrotnie większą wydajnością. Inżynierowie mierzą tę wydajność jako impuls właściwy, czyli ilość ciągu, jaką można uzyskać z określonej ilości paliwa.
Dzieje się tak, ponieważ lżejsze gazy są łatwiejsze do przyspieszenia. Kiedy paliwa chemiczne są spalane, wytwarzają parę wodną, znacznie cięższy produkt uboczny niż wodór używany w systemie NTP. Prowadzi to do większej wydajności cieplnego napędu nuklearnego i pozwala rakiecie na dalsze i szybsze podróże przy mniejszej ilości paliwa.
Więcej o podboju Marsa przeczytasz na Spider's Web:
Nowy rozdział w kosmicznej Odysei
Brzmi wspaniale, ale to nie takie proste. Taki reaktor i paliwo do niego muszą spełnić wiele warunków. Paliwo musi, chociażby przetrwać ekstremalnie wysokie temperatury i gorące środowisko wodoru, z którym zwykle spotyka się reaktor NTP działający w kosmosie.
Wygląda jednak na to, że nowe paliwo opracowane przez General Atomics jest tym, czego naukowcy poszukiwali od dekad. Testy, przeprowadzone właśnie przez we współpracy z NASA w Marshall Space Flight Center, miały na celu zweryfikowanie, czy specjalnie zaprojektowane paliwo jądrowe General Atomics wytrzyma ekstremalne warunki panujące w kosmosie.
Mówimy tu o temperaturach i obciążeniach, które dotychczas były poza zasięgiem testów. Wyobraźcie sobie temperaturę 2326 stopni Celsjusza.
Próby te zakończyły się pełnym sukcesem. Każdy cykl testu obejmował 20-minutowe utrzymanie maksymalnej wydajności silnika co udowodniło skuteczność ochrony materiału paliwowego przed erozją i degradacją pod wpływem gorącego wodoru.
Ostatnie wyniki testów przybliżają nas do budowy bezpiecznego, niezawodnego cieplnego napędu nuklearnego dla misji księżycowych i w głębokiej przestrzeni kosmicznej. Nasze paliwo sprawi, że nowe silniki będą trzy razy bardziej wydajne niż konwencjonalne silniki rakietowe na paliwo chemiczne – powiedział Scott Forney, prezes GA-EMS.
60 lat poszukiwań
Cieplny napęd nuklearny - Nuclear Thermal Propulsion (NTP) nie jest niczym nowym. Prace nad jego powstaniem rozpoczęły się w NASA w latach 60. XX wieku. Program zakończył się jednak w 1972 r. z powodów problemów technicznych. Przez lata różne firmy kontynuowały badania mające na celu udoskonalenie podstawowej konstrukcji, materiałów i paliw stosowanych w systemach NTP. Wygląda na to, że wreszcie jesteśmy świadkami przełomu.
W praktyce oznacza to krótszy czas podróży i możliwość przenoszenia większych ładunków. A to ma kluczowe znaczenie, zwłaszcza w kontekście misji załogowych na Marsa. Skrócenie czasu lotu minimalizuje ekspozycję astronautów na szkodliwe promieniowanie kosmiczne i pozwala na realizację bardziej złożonych misji.
Takie napędy mogą również umożliwić szersze okna startowe, które nie są zależne od wyrównania orbity Ziemi i Marsa, a także pozwolą astronautom na przerwanie misji i powrót na Ziemię, jeśli zajdzie taka konieczność.
Warto też podkreślić, że napędy NTP nie będą używane na Ziemi. Zamiast tego zostaną wystrzelone w kosmos "klasycznymi" rakietami przed ich uruchomieniem na orbicie. Systemy NTP nie są zaprojektowane do wytwarzania siły ciągu potrzebnego do opuszczenia powierzchni Ziemi.
Technologia napędu termojądrowego to jeden z najciekawszych obszarów rozwoju nowoczesnej inżynierii kosmicznej. Jeśli kolejne etapy prac zakończą się sukcesem, już wkrótce możemy być świadkami rewolucji w eksploracji kosmosu. Mamy technologię, napę i paliwo.
Następny przystanek: Mars.
