Jednostka astronomiczna, rok świetlny, parsek. Te powszechne jednostki opisujące odległości w skali kosmicznej odpowiadają kolejno 150 mln, 9,46 bln i 30 bln kilometrów. Kiedy dodamy, że od granicy układu słonecznego dzieli nas ponad 120 jednostek astronomicznych a od najbliższej gwiazdy 1,3 parseka, zaczynamy sobie uświadamiać, jak czasochłonne może być, dostanie się w te miejsca. Ze stopnia tego problemu doskonale zdają sobie sprawę naukowcy i inżynierzy pracujący w branży kosmicznej, mający za zadanie projektować coraz to efektywniejsze rozwiązania na pokonywanie tak abstrakcyjnie dużych dystansów. Jednym z pomysłów było wykorzystanie swojego rodzaju żagli słonecznych, których też dotyczyło jedno ze zdarzeń na platformie L.E.M. nano pt. „Laserowy napęd fotonowy w eksploracji kosmosu”. Tym samym zapraszamy do zapoznania się z poniższym artykułem, traktującym o obecnym statusie energii atomowej jako kosmicznego paliwa.
Voyager 1 i Voyager 2 zostały wystrzelone w 1977 roku przez amerykańską agencję kosmiczną NASA. Po blisko 35 latach, w 2012 roku pierwszy z nich przekroczył granicę układu słonecznego, wkraczając w przestrzeń międzygwiezdną. Drugiemu udało się ją osiągnąć 5 listopada 2018 roku. Obydwie sondy były napędzane przez radioizotopowe generatory termoelektryczne znane pod krótszą nazwą jako RTG (radioisotope thermoelectric generator). Mechanizm jego działania polega na pozyskiwaniu energii z ciepła powstającego w wyniku rozpadu promieniotwórczego wypełniających go substancji. Z kolei najchętniej wykorzystywaną do tej pory, pozostaje izotop plutonu 238. Chociaż jest to technologia niezaprzeczalnie funkcjonalna, to staje się coraz bardziej przestarzała, co dyktuje potrzebę rozwoju nowych jednostek napędowych.
Znaczącym problemem przez długi czas były również topniejące zapasy plutonu, które w większości powstały jako produkt uboczny produkcji broni opartej o pluton 239 w okresie Zimnej Wojny. Jednak w 2012 roku laboratorium w Oak Ridge podjęło się pracy nad automatyzacją produkcji P-238. Proces ten okazał się dosyć żmudnym jak z resztą większość zadań związanych z implementacją systemów nuklearnych. Sprowadzają się one do tworzenia wielu mechanizmów bezpieczeństwa, sprawdzania, czy wszystko funkcjonuje, tak jak oczekiwano i powtarzaniu tego cyklu, w celu jego optymalizacji. Jako efekt kilku lat zmagań, laboratorium jest obecnie w stanie produkować 50 gramów plutonu rocznie i spodziewa się podnieść tę liczbę do 400 gramów do końca tego roku, przy czym ilością mającą zaspokoić potrzeby NASA jest 1,5 kg rocznie. Możliwość spełnienia tej wielkości zamówienia bezpośrednio poskutkuje wzrostem liczby misji wysyłanych w dalszą przestrzeń kosmiczną.
Przy czym zyskując dostęp do paliwa, w dalszym ciągu pozostaje kwestia usprawnienia systemu napędowego. Pomysłami mogącymi być zaimplementowanymi w najbliższej przyszłości jest eMMRTG (enhanced multi-mission RTG) oraz nowa generacja reaktorów jądrowych. Obydwie opcje opierają się o kontynuację pozyskiwania energii z ciężkich jąder atomowych, pierwsza dotyczy jedynie ulepszenia dotychczasowych urządzeń, druga bazuje na rozszczepianiu atomów. Chcąc jednak sięgnąć głębiej i szybciej w przestrzeń kosmiczną niezbędne będzie wprowadzenie rewolucyjnych innowacji. Jedną z takich idei jest pulsacyjny napęd termojądrowy, czyli kontrolowane wybuchy atomowe. Mimo że brzmi to nierealnie, to faktycznie prowadzone są prace nad równie szalonymi koncepcjami. Przykładowo zespół naukowców z amerykańskiej firmy Princeton Satellite Systems myśli nad wykorzystaniem zjawiska fuzji jądrowej. I choć jest ono stosunkowo powszechne w przyrodzie codziennie obserwujemy jego efekty, w postaci docierającego do nas światła słonecznego, to jego kontrola wciąż znajduje się poza ludzkimi możliwościami. Natomiast według opisów teoretycznych miano by posłużyć się manipulowalnym polem magnetycznym, które pozwoliłoby stabilizować i podgrzewać plazmę wodorową do jednego miliarda stopni Celsjusza. Umożliwiłoby to generowanie mocy rzędu megawatów (za pośrednictwem rozpadu promieniotwórczego nie osiągamy nawet rzędu kilowatów), a tym samym skrócenie czasu podróży na koniec układu słonecznego do czterech lat.
Większe zapasy energii pozwolą statkom kosmicznym nie tylko docierać dalej i szybciej, ale przede wszystkim przeprowadzić cenne badania obszarów, w których się znajdą. Podobnie jak sonda Cassini dostarczyła nam zdjęć radarowych Tytana największego księżyca Saturna. Tym bardziej cieszy fakt, że wspomniane Princeton Satellite Systems na swoje badania otrzymało duże dofinansowanie od NASA i Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych. Przy tym wszystkim warto podkreślić, że do wystarczającego opanowania fuzji jądrowej minie jeszcze sporo czasu najpewniej dziesiątki lat. Chociaż lepszy obraz przyszłości mogą nakreślić wyniki projektu ITER, którego przygotowanie ma zakończyć się 2025 roku. Wtedy też ruszą pierwsze testy plazmy wodorowej, mające po raz pierwszy wytworzyć dodatni bilans energetyczny sztucznie przeprowadzonej fuzji jądrowej. Widzimy, że nasza cywilizacja, wykorzystując zgromadzoną wiedzę, jest w stanie osiągnąć wiele, jednak postęp zawsze wymaga czasu.
Bibliografia:
Voyager 2 has finally entered interstellar space - MIT Technology Review (ang.)
What Powers Spacecraft to Outer Planets and Beyond? - MIT Technology Review (ang.)
NASA is Heading for a Space Fuel Shortage - MIT Technology Review (ang.)
Nuclear-Deep space travel - ORNL (ang.)
Kilopower project - NASA (ang.)
Nuclear Fission System - NASA (ang.)
Nuclear Pulse Propulsion - NASA (ang.)
Voyager Mission Status - NASA (ang.)
ITER - the way to new energy (ang.)
Powrót
