Raketa pokretana nuklearnom fuzijom će slati ljude na Mars?

nuckfusPutovanje ljudi na Mars je dugo vremena bio nedostižan pothvat u svemirskim programima. No sada bi astronauti mogli biti korak bliže našem najbližem planetarnom susjedu jedinstvenom manipulacijom nuklearne fuzije, iste energije koja napaja Sunce i zvijezde.

Nuklearna fuzija je oblik stvaranja nuklearne energije gdje se lake jezgre atoma sabijaju pod visokim tlakom i toplinom da bi se stvorile teške jezgre atoma te otpustila energija tijekom tog procesa u kojem se stvara više energije nego što se utroši. Tijekom mnogih godina, energija u nuklearnim elektranama se stvara procesom fisije, u kojem se jezgre teških elemenata, kao što je na primjer uranij, bombardiraju neutronima pri čemu se otpušta velika količina topline. Nuklearna fuzija bi se u budućnosti, osim za svemirska putovanja mogla iskorištavati i za komercijalno dobivanje električne energije kao siguran, održivi i ekološki izvor energije.

Istraživači i znanstvenici sa Sveučilišta u Washingtonu grade sastavne dijelove rakete napajane fuzijom u kompaniji za svemirski pogon u Redmontu s ciljem rješavanja mnogih prepreka koje onemogućavaju putovanja u daleki Svemir, uključujući dugo vrijeme putovanja, pretjerane troškove i zdravstvene rizike.

”Koristeći postojeća raketna goriva je gotovo nemoguće ljudima istraživati puno dalje od Zemlje”, rekao je vodeći znanstvenik John Slough, izvanredni profesor aeronautike i astronautike Sveučilišta u Washingtonu. ”Nadamo se razviti znatno snažniji izvor energije u Svemiru koji bi naposljetku interplanetarna putovanja učinio svakidašnjima.”

Projekt je financiran kroz NASA-in Program inovativnih i naprednih ideja. Prošli mjesec na simpoziju, Slough i njegov tim iz tvrtke MSNW, čiji je predsjednik, su predstavili analizu misije putovanja na Mars, zajedno s detaljnim kompjuterskim modelima i rezultatima početnih rezultata eksperimenata. Njihov projekt je jedan u šačici projekata kojima su dodijeljena sredstva drugog kruga prošle jeseni nakon što su već primili sredstva iz prve faze gdje je izabrano 15 projekata u konkurenciji od više od 700 prijedloga.

NASA procjenjuje da bi povratno putovanje ljudi na Mars trajalo više od četiri godine koristeći današnju tehnologiju. Sama količina kemijskog raketnog goriva potrebnog u Svemiru bi bila ekstremno skupa – već troškovi lansiranja bi iznosili više od 12 milijardi američkih dolara.

Slough i njegov tim su objavili članke gdje procjenjuju potencijal 30- i 90-dnevnih ekspedicija na Mars korištenjem rakete napajane fuzijom, što bi omogućilo praktičniji i povoljniji put.

No je li zaista izvedivo?

Slough i kolege iz MSNW smatraju da je. Pokazali su uspješnost laboratorijskih testova u svim dijelovima procesa. Prema Sloughovim riječima, sada će biti ključno kombiniranje svakog izoliranog procesa u završni eksperiment koji izaziva fuziju putem ove tehnologije. Tim istraživača je razvio vrstu plazme oklopljenu vlastitim magnetskim poljem. Nuklearna fuzija se događa kada je ta plazma komprimirana pod visokim tlakom i u magnetskom polju. Tim je uspješno testirao ovu tehniku u laboratoriju.

Samo mala količina fuzije je potrebna za pokretanje rakete – ovaj materijal veličine zrnca pijeska sadrži jednaku energiju kao i 1 galon raketnog goriva. Za pokretanje rakete, tim je osmislio sustav u kojem snažno magnetsko polje uzrokuje imploziju velikog metalnog prstena oko plazme, sabijajući plazmu do stanja fuzije. Konvergentni prstenovi se spajaju da bi formirali omotač koji pokreće fuziju, no samo nekoliko mikrosekundi. Iako je vrijeme kompresije vrlo kratko, kroz fuzijske procese se oslobađa dovoljno energije da se omotač brzo ugrije i ionizira. Takav super-ugrijani ionizirani metal se izbacuje iz raketne mlaznice pri velikoj brzini. Ovaj proces se ponavlja otprilike svake minute, pokrećući letjelicu tako.

UW-MSNW tim je uspješno pokazao proces gnječenja metala u Laboratoriju dinamike plazme washingtonskog sveučilišta u Redmondu. Donijeli su i uzorak urušenog aluminijskog prstena veličine šake kao rezultat jednog od testova koje su prisutni mogli vidjeli i dotaknuti na nedavnom NASA-inom simpoziju.

”Mislim da su svi bili zadovoljni vidjevši potvrdu glavnog mehanizma kojeg koristimo za komprimiranje plazme”, rekao je Slough. ”Nadamo se da možemo zainteresirati svijet činjenicom da fuzija nije uvijek udaljena 40 godina od nas i ne košta uvijek dvije milijarde dolara.”

Sada, tim radi na spajanju svega zajedno korištenjem tehnologije za komprimiranje plazme i stvaranja nuklearne fuzije. Slough se nada da bi sve moglo biti spremno za prvo testiranje krajem ljeta.

Laboratorij dinamike plazme gdje Slough i kolege, uključujući i studente Sveučilišta u Washingtonu grade i provode eksperimente su od zida do zida popunjeni plavim kondenzatorima koji pohranjuju energiju, svaki funkcionirajući kao baterija visokog napona. Kondenzatori su povezani na divovski magnet koji sadrži komoru gdje će se odvijati reakcije fuzije. Pritiskom sklopke kondenzatori istodobno otpuštaju jedan milijun Ampera struje u djeliću sekunde do magneta, što ubrzo sabija metalni prsten.

Korišteni mehanički procesi i oprema su prilično jednostavni, što prema Sloughu osigurava da će njihov projekt funkcionirati u Svemiru.

”Sve što postavljate u Svemir mora djelovati na sasvim jednostavan način”, rekao je. ”Ova tehnologija se može iskoristiti za nešto korisno u Svemiru.” U stvarnom svemirskom putovanju, znanstvenici bi koristili metal litija za sabijajući prstene kod napajanja rakete. Litij je vrlo reaktivan, a za laboratorijska testiranja aluminij djeluje jednako dobro, donosi Slough.

Nuklearna fuzija može izazvati zabrinutost zbog svoje primjene u nuklearnim bombama, no prema Sloughu je njezina upotreba u ovom slučaju posve drugačija. Energija fuzije za pokretanje rekete bi bila smanjena za faktor od jedne milijarde u odnosu na hidrogensku bombu, što je premalo da bi uzrokovalo značajniju eksploziju. Također, Sloughova ideja koristi snažno magnetsko polje koje zadržava fuzijsko gorivo te ga sigurno odvodi s letjelice i putnika koji se nalaze iznutra.

Istraživači suradnici su Anthony Pancotti, David Kirtley and George Votroubek, svi iz MSNW; Christopher Pihl, vodeć strojarski tehničar u aeronautici u astronautici na Sveučilištu u Washingtonu; i Michael Pfaff, doktorand aeronautike i astronautike Sveučilišta u Washingtonu.

Izvor: University of Washington, znano.st

Leave a Comment