Pogon na alternativni način

Uz raketne motore na hemijski pogon koji su i dalje nezamenljivi i na koje će se sve kosmičke velesile i dalje oslanjati u budućnosti, tu su i raketni motori sa alternativnim vidovima pogona koji tek treba da budu detaljno ispitani u praksi. Već smo pomenuli koncept termalne nuklearne rakete na kojem zajednički rade NASA i DARPA. Postoje i brojne druge mogućnosti, od kojih su neke već isprobane u praksi.

ELEKTRO–TERMIČKI POGON: Ovi motori koriste električnu energiju za zagrevanje radnog fluida. Na visokim temperaturama gasoviti fluid prelazi u jonizovano stanje, tj. plazmu koja se kroz supersonični mlaznik izbacuje napolje, čime se generiše sila potiska. Metod je odavno u upotrebi, ali ima ograničenu upotrebnu vrednost zbog relativno malog potiska. Danas se ovakvi motori upotrebljavaju za male, precizne promene u orjentaciji letelice, ređe kao izvor primarnog pogona.

JONSKI POGON: Raketni pogon generiše se tako što se naelektrisani atomi (joni) plemenitog gasa (najčešće ksenona) ubrzavaju u elektromagnetnom polju i izbacuju iz letelice ogromnim brzinama, čime se generiše sila potiska. Potrebna električna energija dobija se iz solarnih panela. I pored velikih izlaznih brzina, ovi motori ostvaraju relativno mali potisak jer je protok goriva veoma mali. Taj potisak uporediv je s težinom koju osećate kada na vrh svog kažiprsta stavite bubamaru. Glavna prednost ovakvih motora je u njihovom dugotrajnom, stabilnom radu i većoj efikasnosti: impuls kretanja koji generiše jonski motor oko deset puta je veći u odnosu na klasičan hemijski motor sa istom količinom goriva. Koncept je uspešno isproban na sondi “Dawn” koja je posetila dve patuljaste planete: Vestu (2011) i Ceres (2015).

SOLARNO JEDRO: Svetlost je sastavljena od fotona koje u ovom kontekstu možemo da predstavimo ping-pong lopticama. Kada ove loptice nalete na ravnu površinu, nastaje sila slično kao što vetar koji naleće na jedra generiše silu koja gura brod napred. Pritisak svetlosti veoma je mali: da biste pomoću solarnog jedra proizveli svega jedan kilogram potiska, potrebna vam je kvadratna površina širine 110 metara. Samim tim, i rezultujuće ubrzanje je malo. Ali, solarno jedro ima jednu veoma značajnu prednost: Sunčeve svetlosti ima neograničeno mnogo. I pored malog ubrzanja, kosmički brod sa dovoljno velikim solarnim jedrom i dovoljno vremena na raspolaganju na kraju će dostići ogromnu brzinu iako sa sobom ne nosi nikakvo gorivo. Koncept su prvi uspešno isprobali Japanci (projekt “Ikaros”).

Smatra se da bi jedno berilijumsko jedro, inicijalno postavljeno u neposrednu blizinu Sunca, moglo da dostigne brzinu od 1.000 km/s za manje od jednog dana (ilustracije radi, najbrže letelice današnjice ne dostižu ni deseti deo ove brzine). Problem nastaje u dubinama Sunčevog sistema gde je Sunčeva svetlost suviše slaba. Potrebni pritisak svetlosti mogli bi da obezbede super-snažni laseri locirani na Zemlji ili u orbiti oko nje. Dovoljno jak laserski sistem mogao bi obasjano kosmičko jedro da odnese do Ortovog oblaka, same granice Sunčevog sistema, za svega nekoliko decenija.

PLAZMA MOTOR: Ovo bi, zapravo, bila unapređena verzija jonskog motora. Umesto da koristi inertan fluid, motor bi koristio elektromagnetno polje za ubrzavanje pozitivnih i negativnih jona u vreloj plazmi generišući tako potreban potisak. Ideja još uvek nije isprobana u praksi iako jedna kompanija iz Teksasa uveliko razvija koncept motora sa plazma pogonom koji bi ljude mogao da odnese na Mars za samo 39 dana (Projekat “VASIMR”).

KONTINUIRANA FUZIJA: Koncept koji i dalje pripada (dalekoj) budućnosti jer je za tako nešto potreban fuzioni reaktor koji generiše više energije nego što troši. Rakete koje bi koristile kontinuiranu fuziju za generisanje potiska bile bi stotinama puta efikasnije od postojećih hemijskih raketa. Imale bi i jednu značajnu prednost: čak i naizgled prazan kosmički prostor sadrži dovoljno lakih elemenata (vodonika i helijuma) za održavanje kontinuiranog procesa fuzije.

PULSNA FUZIJA: Motori zasnovani na ovom konceptu generisali bi potisak sukcesivnim kontrolisanim eksplozijama kuglica nuklearnog goriva, dovoljno malih da njihova eksplozija ne ugrozi konstrukciju letelice i dovoljno velikih da prozivedu željeni nivo potiska. Koncept je idejno razrađen tokom pedesetih godina (projekat “Orion”), ali ga do sada nijedna letelica nije isprobala u praksi. Jedna vašingtonska kompanija trenutno razmatra nacrt motora koji bi koristio sačmu načinjenu od litijumske košuljice i kombinacije vodonikovih izotopa u jezgru. Kada se granula goriva nađe u komori za sagorevanje, snažno magnetno polje izazvalo bi kolaps košuljice što bi vodonik u jezgru ugrejalo do temperature potrebne za otpočinjanje nuklearne fuzije. Ovakav motor bio bi izuzetno efikasan: eksploziija nuklearne kapsule veličine zrna peska generisala bi potisak koji ostvaruje čitav kanister konvencionalnog hemijskog goriva. Dalja istraživanja komplikuje činjenica da važeće međunarodne konvencije zabranjuju detoniranje nuklearnog goriva, bez obzira na veličinu punjenja.

ANTIMATERIJA: Antimaterija predstavlja idealno pogonsko sredstvo jer se njenom anihilacijom (kombinacijom sa “običnom” materijom) oko 40 odsto njene mase može konvertovati u kinetičku energiju letelice. Takvu efikasnost nemaju ni fisioni ni fuzioni reaktori. Jedno istraživanje pokazuje da bi deset miligrama antimaterije bilo dovoljno da odnese letelicu sa astronautima na Mars za samo 45 dana.

Problem je, međutim, što u kosmosu nema antimaterije ni za lek: ona se mora proizvesti veštačkim putem u nuklearnim akceleratorima. Današnji akceleratori jednostavno nisu dovoljno efikasni: količina do sada proizvedene antimaterije bukvalno se meri atomima. Čak i tako male količine teško je izolovati i sačuvati na duži period jer antimateriju ne možete da držite u kutiji sa čvrstim zidovima – svaki kontakt materije i antimaterije praćen je momentalnom eksplozivnom anihilacijom. Zbog svega navedenog, antimaterijski pogon najverovatnije će još dugo ostati u domenu SF-a.