Dyski kosmiczne - niedrogie i bardzo szybkie
Obecnie najszybszym obiektem wystrzelonym w kosmos przez człowieka jest sonda Voyager, której udało się przyspieszyć do 17 km/s dzięki wykorzystaniu wyrzutni grawitacyjnych Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. To kilka tysięcy razy wolniej niż światło, którego dotarcie do gwiazdy najbliższej Słońcu zajmuje cztery lata.
Z powyższego porównania wynika, że jeśli chodzi o technologię napędową w podróżach kosmicznych, to jeśli chcemy wyjechać gdzieś poza najbliższe ciała Układu Słonecznego, mamy jeszcze sporo do zrobienia. A te pozornie bliskie podróże są zdecydowanie za długie. 1500 dni lotu na Marsa iz powrotem, nawet przy korzystnym ustawieniu planet, nie brzmi zbyt zachęcająco.
Na długich trasach, oprócz zbyt słabych napędów, pojawiają się inne problemy, na przykład z zaopatrzeniem, komunikacją, zasobami energetycznymi. Panele słoneczne nie ładują się, gdy słońce lub inne gwiazdy są daleko. Reaktory jądrowe pracują z pełną mocą tylko przez kilka lat.
Jakie są możliwości i perspektywy rozwoju technologii zwiększania i nadawania większych prędkości naszym statkom kosmicznym? Przyjrzyjmy się rozwiązaniom już dostępnym i tym, które są teoretycznie i naukowo możliwe, choć wciąż bardziej fantazją.
Obecne: rakiety chemiczne i jonowe
Obecnie na dużą skalę nadal stosuje się napęd chemiczny, taki jak rakiety z ciekłym wodorem i tlenem. Maksymalna prędkość jaką można dzięki nim osiągnąć to około 10 km/s. Gdybyśmy mogli maksymalnie wykorzystać efekty grawitacyjne w Układzie Słonecznym, w tym samo Słońce, statek z chemicznym silnikiem rakietowym mógłby osiągnąć prędkość nawet ponad 100 km/s. Relatywnie mniejsza prędkość Voyagera wynika z faktu, że jego celem nie było osiągnięcie maksymalnej prędkości. Nie używał również „dopalacza” z silnikami podczas planetarnych asystentów grawitacyjnych.
Silniki jonowe to silniki rakietowe, w których czynnikiem nośnym są jony przyspieszane w wyniku oddziaływania elektromagnetycznego. Jest około dziesięć razy bardziej wydajny niż chemiczne silniki rakietowe. Prace nad silnikiem rozpoczęły się w połowie ubiegłego wieku. W pierwszych wersjach do napędu wykorzystywana była para rtęci. Obecnie szeroko stosowany jest ksenon z gazu szlachetnego.
Energia, która emituje gaz z silnika, pochodzi z zewnętrznego źródła (panele słoneczne, reaktor wytwarzający energię elektryczną). Atomy gazu zamieniają się w jony dodatnie. Następnie przyspieszają pod wpływem pola elektrycznego lub magnetycznego, osiągając prędkość do 36 km/s.
Duża prędkość wyrzucanego czynnika prowadzi do dużej siły ciągu na jednostkę masy wyrzucanej substancji. Jednak ze względu na małą moc układu zasilania masa wyrzucanego nośnika jest niewielka, co zmniejsza ciąg rakiety. Statek wyposażony w taki silnik porusza się z lekkim przyspieszeniem.
Znajdziesz kontynuację artykułu w majowym numerze magazynu
VASIMR na pełnej mocy
