Vom ajunge vreodata la stele?

2018 in Stiinta

De la panze solare la fisiune termica, NASA cerceteaza mai multe metode de propulsie deep space, fiecare cu avantajele si provocarile ei.

Pe masura ce tehnologiile de propulsie avanseaza, umanitatea va reusi sa exploreze adancimile spatiului cosmic, largindu-si astfel capacitatea de a intelege Universul in care traim.

Puterea Propulsiei

Pentru explorarea frotierelor spatiului cosmic omenirea trebuie sa puna in practica cele mai avansate tehnologii si inovatiile cele mai ingenioase. Pe moment, sperantele par sa se fi impotmolit intr-un singur domeniu: propulsia.

Desi experimentam cu fel de fel de motoare, inca lansam rachete in spatiu arzand combustibil. Lucrurile par sa se schimbe acum ca NASA studiaza cateva metode, conventionale si neconventioanale, destinate viitoarelor misiuni.

O trecere in revista a tehnologiilor ce vor impinge limitele explorarii spatiului in viitorul apropiat.

Chimice

Ah, batrinul combustil lichid! Folosit inca de la inceputurile Erei Spatiale, combustibilii lichizi se afla in dezvoltare de mai bine de 90 de ani. Si dupa tot acest timp, sunt inca folositi si cu siguranta vor fi folositi si in viitor. Din pacate, am facut cam tot ce se putea face pentru eficientizarea propulsiei cu combustili chimici.

Va trebui sa imaginam sisteme avansate, cu combustibili de mare densitate si energie daca vrem sa folosim propulsia chimica la misiuni de lunga durata, ce necesita un raport mare tractiune / masa. Daca vrem sa ajungem pe Marte folosind aceasta metoda, va trebui sa ne obisnuim cu imaginea astronautilor minind calotele polare martiene pentru a extrage hidrogen.

Electro-termice

Asociata mai degraba motoarelor de mici dimensiuni pentru orientare si nu celor propulsoare, aceasta metoda foloseste un jet supraincalzit de plasma trecut printr-o duza supersonica. Acest tip de motoare sunt ideale pentru misiunile de lunga durata pentru ca nu presupun inmagazinarea de chimicale volatile si sunt relativ simplu de realizat.

Inca din anii 70, motoarele electro-termice au fost folosite la satelitii rusesti, deci vorbim de o tehnologie ce a avut timp sa fie dezvoltata. Totusi ele nu produc o tractiune suficient de mare, asa ca au o aplicabilitate redusa fata de alte metode de propulsie.

Motorul ionic

Motor de joasa tractiune, dar cu durata lunga de functionare, motorul ionic functioneaza prin ionizarea unui combustibil nereactiv (cum ar fi xenonul), accelerat prin campuri electrice si ejectat apoi in spatiu. Dureaza ceva mai mult timp pana se ajunge la o viteza suficient de mare, dar pot produce pana la de 10 ori mai multa tractiune in timp.

Acest mod de propulsie a fost deja utilizat la mai multe tipuri de nave spatiale, la zeci de sateliti ce orbiteaza Pamantul sau la cea care a ajuns la planeta pitica Ceres. In concluzie, functioneaza; din nefericire, au nevoie de o mare cantitate de electricitate, care presupune echiparea cu celule solare sau o reactie nucleara.

In prezent NASA lucreaza la cateva sisteme noi, printre care NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) si Annular Engine, deci acest tip de propulsie ne va ajuta cu siguranta in viitoarele explorari ale spatiului.

Panze Solare

Capacitatea de a transforma lumina in forta motrice a fost descoperita inca din 1873. Aceasta metoda inovativa functioneaza prin bombardarea cu fotoni a unei panze solare, astfel obtinandu-se propulsia. Elimina necesitatea unor motoare mari si grele sau a depozitarii combustibilului, iar tehnica a fost deja dovedita a fi eficienta prin proiectul LightSail sau proiectul japonez IKAROS.

Totusi, constructia unei panze solare de mari dimensiuni nu este un lucru usor; deasemenea, cu cat te indepartezi mai mult de Soare, sistemul devine mai putin eficient. Au existat propuneri de a folosi un laser gigant pentru a impinge nava catre una din stelele invecinate, dar un asemenea design este inca in faza de proiect.

Plasma

O varianta a tehnologiei motorului ionic, presupune utilizarea de curenti magnetici si a potentialului electric pentru a accelera ionii in jetul de plasma, generand tractiune. Desi conceptul este unul vechi, datand de mai bine de jumatate de secol, nimeni nu a lansat vreodata o nava cu un astfel de sistem de propulsie in afara atmosferei terestre.

Compania texana Ad Astra Rocket lucreaza in prezent la un astfel de motor, numit VASIMR, cel mai mare motor cu plasma din lume. Conform propriilor estimari, un astfel de sistem ar face drumul pana la Marte in 39 de zile.

Fisiune termica

Descris de unii ca fiind o extensie a obsesiei solutiei nucleare, acest motor foloseste fisiunea nucleara conventionala pentru a incalzi combustibilul. NERVA, o racheta de pe vremea presedintelui Nixon, se baza pe aceasta metoda, la care s-a renuntat inainte de inceperea testarii in spatiu. Sistemul a fost insa testat aici, pe Pamant.

Un astfel de sistem promite un timp scurt pana la Marte sau alte destinatii, dar trebuie gasit un design al reactorului care sa permita atingerea temperaturii necesare cu o eroziune minima, ce respecta, in acelasi timp, standardele de mediu pentru testarea lui la sol.

Fuziune

Propulsia prin fuziune presupune comprimarea particulelor incarcate electric si accelerarea lor pana la viteza luminii inainte de a le forta iesirea prin sistemul de propulsie al rachetei. Este o metoda intens cercetata in primul rand pentru ca promite injumatatirea timpului necesar pentru a ajunge pe Marte.

Exista doua propuneri in lucru ca metoda de propulsie prin fuziune. Una, bazata pe fuziunea nucleara - un motor de fuziune nucleara continua - mult mai eficient decat metodele actuale, dar deocamdata imposibil de realizat cu tehnologia actuala. O alta, mai plauzibila - un motor cu fuziune pulsatoriu - asta daca testele nucleare nu ar fi interzise, la ora actuala. Fuziunea pulsatorie ar presupune explozii nucleare controlate in interiorul motorului, folosind o cantitate infima de combustibil.

Nano-Nave Spatiale

Unii cercetatori prefera sa isi concentreze eforturile pe designul unor nave spatiale de mici dimensiuni si nu sa gaseasca solutii pentru a pune in miscare navele ce le avem acum. Mult mai usoare, astfel de sonde si sateliti spatiali nu au nevoie de un nivel mare al propulsiei pentru a ajunge la destinatie.

Cateva proiecte de nano-nave spatiale: CubeSats, FemtoSats sau Breakthrough Starshot.

Antimaterie

Cea mai eficienta dintre metodele prezentate pana acum, motorul cu antimaterie converteste pana la 75% din masa combustibilului in energie. Propulsia este obtinuta prin coliziunea dintre particule cu anti-particule. Din pacate, nu am reusit inca sa otinem o cantitate utilizabila de anti-materie. In acceleratoarele moderne de particule am obtinut cel mult o cantitate cu care poti fierbe o ceasca de apa, in nici un caz cat sa ne propulseze pana la stele...

Daca vom reusi sa producem destula anti-materie, sunt estimari ca 10 miimi de gram de combustibil ne poate duce pana pe Marte in 45 de zile.

Sursa: Futurism 2017