Saules sistēma ir patiešām liela vieta, un tai mūžīgi nepieciešams ceļot no pasaules uz pasauli, izmantojot tradicionālās ķīmiskās raķetes. Bet viena tehnika, kas tika izstrādāta pagājušā gadsimta 60. gados, varētu būt veids, kā dramatiski saīsināt mūsu ceļojuma laiku: kodolraķetes.
Protams, radioaktīvu materiālu darbināmas raķetes palaišanai ir arī savi riski. Vai mums tas jāmēģina?
Pieņemsim, ka jūs vēlējāties apmeklēt Marsu, izmantojot ķīmisku raķeti. Jūs varētu uzsprāgt no Zemes un nonākt zemā Zemes orbītā. Tad īstajā brīdī jūs atlaidīsit savu raķeti, paceļot savu orbītu no Saules. Jaunā eliptiskā trajektorija krustojas ar Marsu pēc astoņiem lidojuma mēnešiem.
To sauc par Hohmanna pārsūtīšanu, un tas ir visefektīvākais veids, kā mēs zinām, kā ceļot kosmosā, izmantojot vismazāko propelenta daudzumu un vislielāko kravas daudzumu. Protams, problēma ir laiks, kas nepieciešams. Ceļojuma laikā astronauti patērēs pārtiku, ūdeni, gaisu un tiks pakļauti dziļas kosmosa ilgtermiņa starojumam. Pēc tam atgriešanās misija divkāršo vajadzību pēc resursiem un divkāršo radiācijas slodzi.
Mums jāiet ātrāk.
Izrādās, NASA gandrīz 50 gadus ir domājusi par to, kas notiks pēc ķīmiskajām raķetēm.
Kodoltermiskās raķetes. Viņi noteikti paātrina braucienu, bet viņi nav bez saviem riskiem, tāpēc jūs tos neesat redzējis. Bet varbūt viņu laiks ir klāt.
1961. gadā NASA un Atomenerģijas komisija kopīgi strādāja pie kodoltermiskās piedziņas jeb NTP idejas. To aizsāka Verners fon Brauns, kurš cerēja, ka 80. gados cilvēku misijas lidos uz Marsu uz kodolraķešu spārniem.
Nu tas nenotika. Bet viņi veica dažus veiksmīgus kodoltermiskās piedziņas testus un parādīja, ka tas darbojas.
Kamēr ķīmiskā raķete darbojas, aizdedzinot kāda veida uzliesmojošu ķīmisku vielu un pēc tam izspiežot izplūdes gāzes no sprauslas. Pateicoties vecajam labajam Ņūtona trešajam likumam, jūs zināt, ka katrai darbībai, kurai ir vienāda un pretēja reakcija, raķete no izraidītajām gāzēm saņem vilci pretējā virzienā.
Kodolraķete darbojas līdzīgi. Urāna kurināmā marmora izmēra bumba tiek sadalīta, atbrīvojot milzīgu siltumu. Tas sasilda ūdeņradi līdz gandrīz 2500 C, pēc tam ar lielu ātrumu to izvada no raķetes aizmugures. Ļoti liels ātrums, kas raķetei divreiz vai trīs reizes palielina ķīmiskās raķetes vilces efektivitāti.
Atcerieties tos 8 mēnešus, kurus es minēju ķīmiskai raķetei? Kodoltermiskā raķete varētu uz pusi samazināt tranzīta laiku, iespējams, pat uz 100 dienu braucieniem uz Marsu. Tas nozīmē mazāk astronautu patērētos resursus un zemāku radiācijas slodzi.
Un ir vēl viens liels ieguvums. Kodolraķetes vilce varētu ļaut misijām nokļūt, kad Zeme un Marss nav pilnīgi saskaņoti. Šobrīd, ja palaižat garām savu logu, jums jāgaida vēl 2 gadi, bet kodolraķete varētu dot jums vilkmi tikt galā ar lidojuma kavēšanos.
Pirmie kodolraķešu testi tika sākti 1955. gadā ar Project Rover palīdzību Los Alamos zinātniskajā laboratorijā. Galvenais notikums bija reaktoru miniatūrēšana pietiekami, lai varētu tos novietot uz raķetes. Nākamo gadu laikā inženieri uzbūvēja un pārbaudīja vairāk nekā duci dažāda lieluma un jaudas reaktoru.
Ar Project Rover panākumiem NASA pievērsa uzmanību cilvēku misijām uz Marsu, kas sekos Apollo nolaišanās uz Mēness. Attāluma un lidojuma laika dēļ viņi nolēma, ka kodolraķetes būs galvenais, lai misijas padarītu spējīgākas.
Kodolraķetes, protams, nav bez viņu riskiem. Borta reaktors būtu neliels radiācijas avots astronautu apkalpei uz kuģa, un to atsver samazināts lidojuma laiks. Dziļā telpa pati par sevi rada milzīgas radiācijas briesmas, pastāvīgajam galaktiskajam kosmiskajam starojumam kaitējot astronautu DNS.
Sešdesmito gadu beigās NASA izveidoja kodoldzinēju raķešu transportlīdzekļu pielietošanas programmai jeb NERVA, izstrādājot tehnoloģijas, kas kļūtu par kodolraķetēm, kas cilvēkus aizvestu uz Marsu.
Viņi pārbaudīja lielākas, jaudīgākas kodolraķetes Nevada tuksnesī, izlaižot atmosfērā liela ātruma ūdeņraža gāzi. Vides likumi toreiz bija daudz mazāk stingri.
Pirmais NERVA NRX galu galā tika pārbaudīts gandrīz divas stundas ar 28 minūtēm ar pilnu jaudu. Un otrs motors tika iedarbināts 28 reizes un darbojās 115 minūtes.
Beigās viņi pārbaudīja visu laiku jaudīgāko kodolreaktoru - Phoebus-2A reaktoru, kas spēj radīt 4000 megavatu jaudu. Velciet 12 minūtes.
Lai arī dažādas sastāvdaļas nekad netika saliktas lidojumam gatavā raķetē, inženieri bija pārliecināti, ka kodolraķete atbildēs lidojuma uz Marsu vajadzībām.
Bet tad ASV nolēma, ka vairs nevēlas doties uz Marsu. Tā vietā viņi vēlējās kosmosa atspoles.
Programma tika pārtraukta 1973. gadā, un kopš tā laika neviens nav pārbaudījis kodolraķetes.
Bet nesenie sasniegumi tehnoloģijās ir padarījuši kodola termisko piedziņu pievilcīgāku. 60. gados vienīgais kurināmā avots, ko viņi varēja izmantot, bija augsti bagātināts urāns. Bet tagad inženieri domā, ka viņi var tikt galā ar zemu bagātinātu urānu.
Ar to būtu drošāk strādāt un tas ļautu vairākām raķešu iekārtām veikt testus. Būtu arī vieglāk uztvert radioaktīvās daļiņas izplūdes gāzēs un pareizi atbrīvoties no tām. Tas samazinātu kopējās izmaksas, kas saistītas ar darbu ar tehnoloģiju.
2019. gada 22. maijā ASV Kongress apstiprināja 125 miljonu dolāru lielu finansējumu kodoltermisko dzinēju raķešu izstrādei. Lai arī šai programmai nav nekādas nozīmes NASA Artemis 2024 atgriešanās uz Mēness, tā - citāts - “aicina NASA izstrādāt daudzgadu plānu, kas ļauj veikt kodoltermiskās piedziņas demonstrāciju, iekļaujot laika grafiku, kas saistīts ar kosmosa demonstrāciju. un turpmāko misiju un vilces un energosistēmu apraksts, ko nodrošina šī spēja. ”
Kodolskaldīšana ir viens no veidiem, kā izmantot atoma spēku. Protams, tas prasa bagātinātu urānu un rada toksiskus radioaktīvos atkritumus. Kā būs ar saplūšanu? Kur ūdeņraža atomi tiek iespiesti hēlijā, atbrīvojot enerģiju?
Saule ir saplūdusi, pateicoties tās milzīgajai masas un serdes temperatūrai, taču noturīgu, enerģētiski pozitīvu saplūšanu mums ir grūti saskatīt.
Milzīgi eksperimenti, piemēram, ITER Eiropā, cer saglabāt kodolsintēzes enerģiju aptuveni nākamās desmit gadu laikā. Pēc tam jūs varat iedomāties, ka kodolsintēzes reaktori tiek miniatūrizēti tādā mērā, ka tie var pildīt tādu pašu lomu kā kodoldalīšanās reaktors kodolraķetē. Bet pat ja jūs nevarat panākt kodolsintēzes reaktorus tiktāl, ka to tīrā enerģija ir pozitīva, tie joprojām var sniegt milzīgu paātrinājumu masas daudzumam.
Un varbūt mums nav jāgaida gadu desmitiem. Pētniecības grupa Prinstonas plazmas fizikas laboratorijā strādā pie koncepcijas ar nosaukumu Direct Fusion Drive, kurai, viņuprāt, varētu būt gatava daudz ātrāk.
Tas ir balstīts uz Prinstona lauka reversās konfigurācijas kodolsintēzes reaktoru, ko 2002. gadā izstrādāja Samuels Koens. Karstā hēlija-3 un deitērija plazma atrodas magnētiskā traukā. Hēlijs-3 uz Zemes ir reti sastopams un vērtīgs, jo saplūšanas reakcijas ar to neradīs tikpat daudz bīstama starojuma vai kodolatkritumu kā citi kodolsintēzes vai skaldīšanas reaktori.
Tāpat kā ar skaldīšanas raķeti, saplūšanas raķete uzsilda propelentu līdz augstām temperatūrām un pēc tam to izpūst no aizmugures, radot vilci.
Tas darbojas, saliekot virkni lineāru magnētu, kas satur un apgriež ļoti karstu plazmu. Antenas ap plazmu tiek noregulētas atbilstoši jonu īpašajam frekvencei un plazmā rada strāvu. Viņu enerģija tiek izsūknēta līdz vietai, kurā atomi saplūst, atbrīvojot jaunas daļiņas. Šīs daļiņas klīst cauri ierobežošanas laukam, līdz tās satver magnētiskā lauka līnijas un paātrina raķetes aizmuguri.
Teorētiski kodolsintēzes raķete būtu spējīga nodrošināt vilces jaudu no 2,5 līdz 5 ņūtonmetriem uz megavatu ar specifisku impulsu 10 000 sekundes - atcerieties 850 no dalīšanās raķetēm un 450 no ķīmiskajām raķetēm. Tas arī ražotu elektrību, kas nepieciešama kosmosa kuģim tālu no Saules, kur saules paneļi nav īpaši efektīvi.
Tiešais kodolsintēzes disks spēs veikt 10 tonnu misiju uz Saturnu tikai 2 gadu laikā vai 1 tonnas kosmisko kuģi no Zemes līdz Plutonam apmēram 4 gadu laikā. New Horizons vajadzēja gandrīz 10.
Tā kā tas ir arī 1 megavatu saplūšanas reaktors, tas arī nodrošinās jaudu visiem kosmosa kuģa instrumentiem, kad tas ierodas. Daudz vairāk nekā kodolieroču baterijas, kuras pašlaik pārvadā tādas kosmosa misijas kā Voyager un New Horizons.
Iedomājieties, kādas starpzvaigžņu misijas varētu būt galdā arī ar šo tehnoloģiju.
Un Prinstonas satelītu sistēmas nav vienīgā grupa, kas strādā pie tādām sistēmām kā šī. Pielietotās kodolsintēzes sistēmas ir pieprasījušas patentu kodolsintēzes dzinējam, kas varētu dot vilci kosmosa kuģiem.
Es zinu, ka ir pagājuši gadu desmiti kopš NASA ir nopietni pārbaudījusi kodolraķetes kā veidu, kā saīsināt lidojumu laiku, taču izskatās, ka tehnoloģija ir atpakaļ. Dažu nākamo gadu laikā es ceru redzēt jaunu aparatūru un jaunus kodoltermiskās piedziņas sistēmu testus. Un es esmu neticami satraukts par iespēju, ka faktiski kodolsintēzes diski mūs ved uz citām pasaulēm. Kā vienmēr, sekojiet līdzi, es jums paziņošu, kad kāds reāli lido.
