Čekajući da budućnost počne

Kada su se Amerikanci krajem šezdesetih godina prošlog veka uspešno spustili na Mesec i taj podvig ponovili nekoliko puta, izgledalo je da nećemo dugo čekati na neku još ambiciozniju avanturu. Taj optimizam delili su ne samo obični ljudi, već i zvaničnici NASA. Među njima je prednjačio Verner fon Braun, genijalni konstruktor nosača “Saturn V”, koji je verovao da razvoj novih raketnih sistema neće stati i da je let ljudi na Mars i druge udaljene objekte u Sunčevom sistemu sledeći logičan korak. Međutim, to vreme ushićenja i razbarušenog optimizma u kome su se sadašnjost, budućnost, realnost i mašta neodvojivo preplitali, vrlo brzo je prošlo.

Pola veka kasnije, mi još uvek čekamo da budućnost počne. Jedni bi rekli da je uzrok tome nedostatak dobre volje kod američkih političara koji su nasledili projekat “Apolo”. Reklo bi se da u tome ima neke istine: Ričard Nikson nikad nije imao Kenedijevu viziju koja je bila duboko utkana u američki kosmički program. Okupiran ratom u Vijetnamu i aferom “Votergejt” koja će mu na kraju doći glave, Nikson nije imao ni vremena ni volje da se bavi skupim projektima koji donose političku korist samo na duge staze. “Saturn V” je prizemljen početkom 1973. godine, a poslednji izrađeni primerci su razmontirani i poslati u muzeje širom Amerike. Uslediće poluvekovni period u kome će se sve kosmičke sile ograničiti na letove astronauta u niskoj orbiti oko Zemljine kugle – dalje od toga ni “šatl” ni “Sojuz” nisu mogli da dobace.

Međutim, uzrok stagnacije nije samo u politici. Čak i da je politička klima tokom druge polovine 20. veka bila povoljnija i da je bilo više novca za svemirska istraživanja, teško je verovati da bi se smeli snovi o osvajanju Marsa ostvarili. Postoje tehnička ograničenja koja su, zapravo, mnogo striktnija od onih koje nameću društvene okolnosti.

VEĆE, ALI NEDOVOLJNO EFIKASNE

Na prvi pogled, reklo bi se da Amerika danas nastavlja tamo gde je stala 1973. godine. Projekat “Artemis” čija je prva misija nedavno uspešno realizovana ima za cilj da ljude ponovo vrati na Mesec, da im tamo obezbedi trajno stanište i udari temelj za neke dalje, još ambicioznije letove. Ponovo se priča o letu na Mars, možda zahvaljujući i razbarušenom geniju biznismena kakav je Elon Mask, čiji “Starship One”, najveća raketa ikada napravljena, treba da poleti tokom ove godine. I “Artemis” i “Starship One” svojom veličinom zasenjuju nakadašnji “Saturn V” pa su im i mogućnosti veće, bar na papiru. Ali, u stvarnosti, te veće mogućnosti teško da će doneti neki opipljiv napredak.

Naime, novi raketni nosači jesu veći i moćniji nego ikad, ali to ne znači da su i dovoljno efikasni za naredni kvalitativni skok u ljudskom istraživanju kosmosa. U pitanju su rakete koje i dalje koriste hemijski pogon za kretanje letelice. Kod hemijskog pogona, raketa sagoreva ogromnu količinu tečnog ili čvrstog goriva koristeći oksidator, koji letelica takođe nosi sa sobom. Proizvodi sagorevenja izbacuju se velikom brzinom kroz mlaznike raketnih motora, pri čemu letelica ostvaruje ubrzanje u suprotnom smeru od smera izbacivanja proizvoda sagorevanja. Da bi se generisala veća sila potiska, potrebno je ili da se poveća količina goriva koju raketa “prerađuje” u jedinici vremena, ili da se poveća brzina kojom proizvodi sagorevanja napuštaju komoru za sagorevanje.

Oba faktora potiska imaju svoje tehničke granice – da biste ih značajnije povećali, neophodno je da pravite sve veće i veće rakete, a to je skopčano sa brojnim tehničkim izazovima. Zato ne čudi činjenica što su i “Starship One” i “Artemis” veći od “Saturna V”, ali ta razlika, čak ni posle pedeset godina tehničkog napretka, nije spektakularna. U pitanju su letelice čija se veličina i snaga i dalje mogu porediti, a razlike se mere procentima. To znači da se ni domet novih raketa ne razlikuje mnogo od dometa koji su imale “Apolo” letelice: Mesečeva orbita i ne mnogo dalje od toga.

Jer, kad stvari stavite na papir, videćete da su brojke prilično poražavajuće. Sa današnjim raketnim motorima na hemijski pogon let do Marsa u jednom pravcu trajao bi između šest i devet meseci (gornja granica je verovatnija). Dodajte na to da bi posada koja stigne na Mars na njemu morala da provede bar tri meseca čekajući da Mars i Zemlja ponovo dođu u povoljan međusobni položaj, zatim vreme potrebno za povratni let, pa ćete videti da bi let na Mars i nazad trajao skoro dve godine u svojoj najskromnijoj varijanti. Za to vreme, letelica je potpuno “bespomoćna”, ograničena samo na sopstvene resurse, bez ikakve mogućnosti da se u slučaju nekog nepredviđenog događaja osloni na pomoć sa Zemlje. Dodajte na to i faktore rizika koje nije moguće u potpunosti kontrolisati (bolest nekog od članova posade, intenzivno kosmičko zračenje, psihološki problemi izazvani dugotrajnim boravkom u skučenom prostoru, kvalitet vazduha, vode i namirnica, neželjeni efekti mikro-gravitacije na ljudski organizam) pa ćete shvatiti da nam je, sa “Artemisom” ili bez njega, Mars skoro jednako daleko kao što je bio pre pedeset godina.

Prosto rečeno, sa dosadašnjim raketama koje koriste hemijski proces sagorevanja kao izvor potiska nećemo daleko stići. Potrebno nam je nešto revolucionarno novo, pogonski sistem koji će biti zasnovan na nekom naprednijem konceptu. O tome više u tekstu koji sledi.

JEDNO OD MOGUĆIH REŠENJA

Nuklearna fisija predstavlja jedno od mogućih rešenja. Iako ideja o korišćenju nuklearne energije na kosmičkim letelicama nije nova (vidi okvir), sada se prvi put nagoveštava mogućnost slanja čitavog atomskog reaktora u kosmos koji treba da obezbedi energiju kako za pokretanje letelice, tako i za dugotrajno snabdevanje energijom posade i opreme tokom kosmičkih misija.

Ovakvu ideju upravo je predstavio “Rols Rojs”, koji u saradnji sa Britanskom kosmičkom agencijom radi na novom, revolucionarnom konceptu propulzije koji bi mogao drastično da skrati vreme potrebno za let na Mars i obezbedi postojan izvor energije za sve potrebe. Fisija je, da se podsetimo, proces cepanja teških atoma (tipično uranijuma ili plutonijuma) u lakše, pri čemu se oslobađa značajna količina toplotne energije. Ova energija može se konvertovati u električnu energiju koja podmiruje sve energetske potrebe letelice ili astronautske naseobine na Mesecu ili Marsu. Takođe, ova energija može se upotrebiti za generisanje potiska, pri čemu bi se kao radni fluid koristila super-zagrejana plazma, jonizovani plemeniti gas ili tečni vodonik.

Iako koncept korišćenja atomskog reaktora na kosmičkim letelicama izgleda tehnički izvodljiv, tek ostaje da se vidi kako će ova ideja biti realizovana u praksi. Jer, vodećim kosmičkim silama nedostaje iskustvo. Amerika je samo jednom do sada, 1965. godine, lansirala atomski reaktor u kosmos, dok je SSSR to učinio više puta tokom sedamdesetih godina prošlog veka. To su, međutim, bila neka druga vremena kada se mnogo manje brinulo o bezbednosti i ekološkim aspektima. Jasno je da lansiranje nuklearnog reaktora u kosmos može da ima neslućene posledice (zamislite samo razmere katastrofe u slučaju neuspešnog lansiranja i pada atomskog reaktora napunjenog uranijumom nazad na Zemlju). Zato je predviđeno da lančana reakcija u nuklearnom reaktoru bude započeta tek kada letelice bude sigurno smeštena u Zemljinu orbitu. Takođe, uranijumske granule koje služe kao nuklearno gorivo biće presvučene višeslojnom zaštitom načinjenom od visoko otpornuh legura, čime će se sprečiti rasipanje opasnog materijala u slučaju totalne havarije.

Na jednom sličnom projektu (“Kilopower”) radi i Nacionalna laboratorija Los Alamos u Novom Meksiku, pod pokroviteljstvom NASA. Reč je o fisionom reaktoru pod imenom “Krusty”, koji treba da obezbedi energiju za potrebe dugotrajne kosmičke misije. Iako su testovi na Zemlji prošli uspešno, još uvek se očekuje “leteća” proba koja je inicijalno bila zakazana za prethodnu godinu.

“Krusty” će biti u stanju da obezbedi energiju potrebnu za održavanje jednog skromnijeg astronautskog naselja na površini Marsa. Za tako nešto ne mogu se koristiti konvencionalni RTG uređaji jer je njihova električna snaga suviše mala. Astronauti na površini Marsa moraće da koriste energiju za ekstrakciju kiseonika iz Marsove atmosfere, zagrevanje prostorija za život, punjenje baterija na roveru, iskopavanje vodenog leda ispod površine Marsa i druge svakodnevne aktivnosti. Pretpostavlja se da će atomski reaktor za potrebe održavanja života na Marsu morati da ima snagu od bar 40 kilovata. Umesto parnih turbina koje u klasičnim atomskim centralama toplotnu energiju konvertuju u mehaničku a zatim električnu, “Krusty” će električnu energiju generisati pomoću tzv. Stirglingovih motora koji kao radni medijum koriste konstantnu količinu zarobljenog fluida, bez usisnih i izduvnih komponenti. Prvi rezultati pokazuju da je “Krusty” konvertovao oko 30 odsto energije fisije u električnu energiju, što je neuporedivo bolje od jednocifrenog učinka radio-izotopskih generatora.

Reaktor je modularan i svaki modul može da obezbedi oko 10 kilovata električne energije tokom najmanje 15 godina. Ceo reaktor visok je oko 3,5 metara, od čega najveći deo otpada na oklop i zaštitu od zračenja. Samo jezgro reaktora u kome se odvija nuklearna fisija nije veće od rolne papirnih ubrusa. Reaktor je, i pored svoje modularnosti i minijaturizacije, i dalje težak na kosmičkoj skali (više od dve tone u verziji sa maksimalnom zaštitom od radijacije). S obzirom da 70 odsto energije ostaje zarobljeno u vidu toplote, ona mora efikasno da se raspe u Marsovoj tanušnoj atmosferi. U tu svrhu, svaki reaktor opremljen je radijatorima za disipaciju toplote nalik na rasklopljeni kišobran. Reaktori su projektovani da budu maksimalno autonomni i sigurni za eksploataciju: brzina nuklearne reakcije automatski se reguliše korišćenjem spregnute Stirlingove mašine.

NUKLEARNA TERMIČKA RAKETA

Novim idejama tu nije kraj. NASA je upravo objavila da u saradnji sa DARPA, Agencijom za napredne projekte iza kojih stoji Pentagon, počinje rad na razvoju nuklearne termičke rakete koja će omogućiti da brodovi sa ljudskom posadom zađu mnogo dublje u Sunčev sistem. DARPA ima zadatak da isprojektuje nuklearni reaktor i čitav motor koje će NASA iskoristiti na probnom letu zakazanom za 2027. godinu.

Sam projekat nije potpuno nov – NASA je razrađivala ideju o letu na Mars pomoću raketnog motora na nuklearni pogon tokom projekta NERVA, koji je okončan bez konkretnih rezultata 1979. godine. Nuklearni raketni motor ima centralni nuklearni reaktor u kome se toplota generiše nekim od poznatih nuklearnih procesa (fisija ili fuzija). S obzirom da fuzioni nuklearni rekator još nisu razvijeni ni za “zemaljsku” upotrebu, reklo bi se da je fisija jedino logično rešenje. Toplota koju generiše lančana nuklearna reakcija koristi se za zagrevanje hladnog tečnog vodonika, koji se zatim u obliku gasa izbacuje kroz mlaznik stvarajući tako potisak koji ubrzava čitavu letelicu. Može se pokazati da je ovakav način stvaranja potiska mnogo efikasniji nego da istu količinu vodonika kombinujete s kiseonikom i sagorevate u klasičnim raketnim motorima.

Za kraj, ostaje da pomenemo “RDRE” – rotacioni detonirajući raketni motor – koji je NASA po uspešno testirala početkom ove godine. Ovaj koncept raketnog motora mogao bi da u bliskoj budućnosti zameni dosadašnje rakete na hemijski pogon i predstavlja ozbiljnu alternativu kada je reč o letovima na Mesec, Mars i druge destinacije u Sunčevom sistemu. RDRE generiše potisak korišćenjem fenomena “supersoničnog sagorevanja”, hemijskih detonacija koje se ponavljaju u kratkim vremenskim intervalima. Ovakav motor troši manje goriva i generiše znatno veći potisak od konvencionalnih. Tokom probnog paljenja koje je trajalo oko minut i po, motor je dostigao čitave dve tone potiska pri pritisku od oko 40 bara, što je rekord za ovaj inovativni dizajn. Za izradu motora upotrebljene su najsavremenije legure bakra, koje omogućavaju dugotrajan i stabilan rad u uslovima kontinuiranih detonacija goriva. Veliki broj delova motora izrađen je u trodimenzionalnim štampačima, što dodatno snižava njegovu cenu.

Možda se u kosmosu još uvek ne dešava ništa novo, ali bismo rekli da su pripreme za nešto veliko uveliko u toku.