Ядрен синтез в Космоса: Бъдещето на бързото пътуване до Марс
Мечтата за нуклеарен синтез е преследвана от някои от най-ярките мозъци в света към този момент десетилетия. Лесно е да разберем за какво — възпроизвеждането на вътрешната работа на звездите тук, на Земята, би означавало на практика неограничена и чиста сила, написа.
Въпреки дългата история на опити и няколко пробива, тази фантазия към момента не е станала действителност и евентуално сме надалеч от това да забележим термоядрена електроцентрала някъде на планетата.
Извършването на процеса в Космоса може да звучи като прибавяне на спомагателен пласт трудност към към този момент самата по себе си комплицирана технология, само че теоретично това може да се случи по-рано, в сравнение с Земята. Това може да помогне на галактическите кораби да реализират скорости до 805 000 километра в час — повече от най-бързия обект, създаван в миналото, слънчевата сонда Parker на НАСА , която доближи своя връх от 692 000 километра в час.
С финансиране от Космическата организация на Обединеното кралство, английският стартъп Pulsar Fusion показа Sunbird — идея за галактическа ракета , предопределена да посреща други галактически кораби в орбита, да се прикрепя към тях и да ги транспортира до местоназначенията им с стремглава скорост, употребявайки нуклеарен синтез.
„ Много е неестествено да се прави синтез на Земята “, споделя Ричард Динан, създател и основен изпълнителен шеф на Pulsar. „ Синтезът не желае да работи в атмосфера. Космосът е доста по-логично и рационално място за синтез, тъй като там в действителност желае да се случи. “
Засега Sunbird е в доста ранен стадий на създаване и има изключителни инженерни провокации за превъзмогване, само че Pulsar твърди, че се надява да реализира синтез в орбита за първи път през 2027 година Ако ракетата в миналото стартира да действа, тя може да понижи на половина времето за пътешестване по евентуална задача до Марс.
Само грамове гориво
Ядреният синтез се разграничава от нуклеарното разделяне, което зарежда актуалните атомни електроцентрали. Делението работи посредством делене на тежки, радиоактивни детайли като уран на по-леки, употребявайки неутрони. Огромното количество сила, отделено при този развой, се употребява за произвеждане на електричество.
Синтезът прави противоположното: комбинира доста леки детайли като водород в по-тежки , употребявайки висока температура и налягане. „ Слънцето и звездите са термоядрени реактори “, споделя Динан. „ Те са готварски печки за детайли — готвене на водород в хелий — и по-късно, до момента в който умират, основават тежките детайли, които построяват всичко. В последна сметка Вселената е най-вече водород и хелий, а всичко останало е приготвено в звезда посредством синтез. “
Термоядреният синтез е толкоз издирван, тъй като освобождава четири пъти повече сила от деленето и четири милиона пъти повече сила от изкопаемите горива . Но за разлика от деленето, термоядреният синтез не изисква рискови радиоактивни материали — вместо това термоядрените реактори биха употребявали деутерий и тритий , тежки водородни атоми, които съдържат спомагателни неутрони. Те биха работили с минимални количества гориво и не биха произвеждали рискови боклуци.
Въпреки това, термоядреният синтез изисква голямо количество сила, с цел да стартира, защото би трябвало да се основат условия, сходни на ядрото на звезда — извънредно висока температура и налягане, дружно с дейно ограничение, с цел да се поддържа реакцията. Предизвикателството на Земята е било да се сътвори повече сила от термоядрения синтез, в сравнение с е вложено първоначално, само че до момента едвам сме съумели да се изравним.
Но в случай че производството на електрическа сила не е главната цел, нещата стават по-малко комплицирани, твърди Динан — задачата за основаване на по-бърза скорост на отработените газове е доста по-проста.
Процесът на термоядрени реакции протича в плазма — парещ, електрически зареден газ. Подобно на препоръчаните реактори на Земята, Sunbird ще употребява мощни магнити , с цел да загрее плазмата и да сътвори условия, при които горивото — което ще бъде в количества от порядъка на грамове — да се разбие и слее. Но до момента в който на Земята реакторите са кръгли, с цел да се предотврати приключването на частици, в Sunbird те ще бъдат линейни — тъй като изтичащите частици ще задвижват галактическия транспортен съд.
Най-накрая, няма да се създават неутрони от реакцията на синтез, които реакторите на Земята употребяват за генериране на топлина; вместо това Sunbird ще употребява по-скъп вид гориво, наречено хелий-3, с цел да създава протони, които ще се употребяват като „ нуклеарен шумозаглушител “ за обезпечаване на задвижване.
Процесът, който се ползва в Sunbird, би бил безценен и несъответствуващ за производството на сила на Земята, признава Динан. Въпреки това, защото задачата не е производството на сила, процесът може да бъде неефикасен и безценен , само че все пак ще бъде скъп, защото би икономисал разноски за гориво, би понижил тежестта на галактическите кораби и би разрешил да се реализиран доста по-бързи скорости за превоз до разнообразни местоназначения.
Намаляване на времето за пътешестване
Sunbirds ще работят по сходство на градските колела в станциите за зареждане, съгласно Динан: „ Изстрелваме ги в Космоса и ще имаме станция за зареждане , където те могат да седнат, а по-късно ще се срещнат с вашия транспортен съд “, споделя той. „ Изключвате вашите неефективни мотори с вътрешно горене и употребявате нуклеарен синтез през по-голямата част от пътуването си. В идеалния случай ще имате станция някъде покрай Марс и ще имате станция на ниска околоземна орбита, а Sunbird ще се движат напред-назад. “
Някои съставни елементи ще бъдат тествани в орбита още тази година. „ Те са главно печатни платки, които се качват, с цел да бъдат тествани и да се уверим, че работят. Не е доста вълнуващо, тъй като няма синтез, само че би трябвало да го създадем “, споделя Динан. „ След това, през 2027 година, ще изпратим дребна част от Sunbird в орбита, единствено с цел да проверим дали физиката работи както компютърът допуска. Това ще бъде първата ни проява в орбита, където се надяваме да реализираме синтез в Космоса. И се надяваме, че Pulsar ще бъде първата компания, която фактически ще реализира това. “
Този първообраз ще коства към 70 милиона $ , съгласно Динан, и няма да бъде цялостен Sunbird, а по-скоро „ опит за линеен синтез “, с цел да се потвърди концепцията. Първата функционална Sunbird ще бъде подготвена четири до пет години по-късно, споделя той, при изискване че бъде обезпечено нужното финансиране.
Първоначално Sunbirds ще се употребяват за совалкови спътници в орбита, само че същинският им капацитет ще бъде сбъднат при междупланетни задачи. Компанията предлага няколко образеца за задачи, които Sunbird може да реализира, като доставка на до 2000 кг товар до Марс за по-малко от шест месеца, разполагане на сонди до Юпитер или Сатурн за две до четири години и задача за рандеман на метеорити, която ще приключи в двете посоки пътешестване до непосредствен метеорит за една до две години вместо за три.
Други компании също работят върху мотори за нуклеарен синтез за галактическо задвижване, в това число основаната в Пасадена Helicity Space, която получи инвестиция от аерокосмическия колос Lockheed Martin през 2024 година НАСА и General Atomics работят върху различен вид нуклеарен реактор, основан на разделяне, който възнамеряват да тестват в Космоса през 2027 година
Според Арън Нол , старши учител в региона на плазменото задвижване на галактически кораби в Imperial College London, който не е зает с Pulsar Fusion, има голям капацитет за потреблението на термоядрена сила за задвижване на галактически кораби. „ Въпреки че към момента сме на няколко години от превръщането на термоядрената сила в жизнеспособна технология за произвеждане на електрическа сила на Земята, не е належащо да чакаме, с цел да стартираме да използваме този източник на сила за задвижване на галактически кораби “, споделя той.
Той добавя, че до момента в който за производството на сила на Земята би трябвало да се генерира повече сила от вложената, когато термоядрената сила се употребява за генериране на двигателна сила в галактически транспортен съд, всяка изходяща сила е потребна — даже в случай че е по-малка от доставената сила. Цялата комбинирана сила от външното зареждане и реакциите на синтез ще усили тягата и успеваемостта на задвижващата система.
Технически спънки
Въпреки това, има обилни механически спънки при превръщането на термоядрената технология в действителност. „ Настоящите планове на термоядрени реактори на Земята са огромни и тежки системи , които изискват инфраструктура като системи за предпазване на сила, зареждане, снабдяване на газ, магнити и съоръжение за вакуумно изпомпване “, споделя той. „ Миниатюризирането на тези системи и превръщането им в леки е голямо инженерно предизвикателство. “
Бхувана Шринивасан , професор по аеронавтика и астронавтика във Вашингтонския университет, която също не е ангажирана с Pulsar, е съгласна, че задвижването с нуклеарен синтез има забележителен капацитет за галактическите полети. „ Би било извънредно потребно даже за пътешестване до Луната , тъй като може да обезпечи средства за построяването на лунна база с екипаж в една задача. Ако успее, ще надмине съществуващите технологии за задвижване освен последователно, само че и трагично “, споделя тя.
Тя прибавя, че превръщането на нуклеарното синтезно задвижване в плътно и леко устройство остава съществено инженерно предизвикателство , което слага по-малко акцент върху земните потребности за сила.
Отключването на термоядреното задвижване, съгласно Шринивасан, освен би разрешило на хората да пътуват по-далеч в Космоса, само че и би трансформирало играта за задачи без екипаж, като да вземем за пример за събиране на запаси като хелий-3 — термоядрено гориво, което е необичайност на Земята и би трябвало да се основава изкуствено, само че може да бъде в обилие на Луната:
„ Ако успеем да изградим лунна база, която да бъде насочна точка за проучване на дълбокия Космос , достъпът до евентуален запас от хелий-3 може да бъде скъп “, споделя тя.
„ Изследването на планети, луни и слънчеви системи по-далеч е фундаментално за нашата любопитна и проучвателна природа като хора, като в същото време може да докара до обилни финансови и публични изгоди, които може би към момента не осъзнаваме. “
Въпреки дългата история на опити и няколко пробива, тази фантазия към момента не е станала действителност и евентуално сме надалеч от това да забележим термоядрена електроцентрала някъде на планетата.
Извършването на процеса в Космоса може да звучи като прибавяне на спомагателен пласт трудност към към този момент самата по себе си комплицирана технология, само че теоретично това може да се случи по-рано, в сравнение с Земята. Това може да помогне на галактическите кораби да реализират скорости до 805 000 километра в час — повече от най-бързия обект, създаван в миналото, слънчевата сонда Parker на НАСА , която доближи своя връх от 692 000 километра в час.
С финансиране от Космическата организация на Обединеното кралство, английският стартъп Pulsar Fusion показа Sunbird — идея за галактическа ракета , предопределена да посреща други галактически кораби в орбита, да се прикрепя към тях и да ги транспортира до местоназначенията им с стремглава скорост, употребявайки нуклеарен синтез.
„ Много е неестествено да се прави синтез на Земята “, споделя Ричард Динан, създател и основен изпълнителен шеф на Pulsar. „ Синтезът не желае да работи в атмосфера. Космосът е доста по-логично и рационално място за синтез, тъй като там в действителност желае да се случи. “
Засега Sunbird е в доста ранен стадий на създаване и има изключителни инженерни провокации за превъзмогване, само че Pulsar твърди, че се надява да реализира синтез в орбита за първи път през 2027 година Ако ракетата в миналото стартира да действа, тя може да понижи на половина времето за пътешестване по евентуална задача до Марс.
Само грамове гориво
Ядреният синтез се разграничава от нуклеарното разделяне, което зарежда актуалните атомни електроцентрали. Делението работи посредством делене на тежки, радиоактивни детайли като уран на по-леки, употребявайки неутрони. Огромното количество сила, отделено при този развой, се употребява за произвеждане на електричество.
Синтезът прави противоположното: комбинира доста леки детайли като водород в по-тежки , употребявайки висока температура и налягане. „ Слънцето и звездите са термоядрени реактори “, споделя Динан. „ Те са готварски печки за детайли — готвене на водород в хелий — и по-късно, до момента в който умират, основават тежките детайли, които построяват всичко. В последна сметка Вселената е най-вече водород и хелий, а всичко останало е приготвено в звезда посредством синтез. “
Термоядреният синтез е толкоз издирван, тъй като освобождава четири пъти повече сила от деленето и четири милиона пъти повече сила от изкопаемите горива . Но за разлика от деленето, термоядреният синтез не изисква рискови радиоактивни материали — вместо това термоядрените реактори биха употребявали деутерий и тритий , тежки водородни атоми, които съдържат спомагателни неутрони. Те биха работили с минимални количества гориво и не биха произвеждали рискови боклуци.
Въпреки това, термоядреният синтез изисква голямо количество сила, с цел да стартира, защото би трябвало да се основат условия, сходни на ядрото на звезда — извънредно висока температура и налягане, дружно с дейно ограничение, с цел да се поддържа реакцията. Предизвикателството на Земята е било да се сътвори повече сила от термоядрения синтез, в сравнение с е вложено първоначално, само че до момента едвам сме съумели да се изравним.
Но в случай че производството на електрическа сила не е главната цел, нещата стават по-малко комплицирани, твърди Динан — задачата за основаване на по-бърза скорост на отработените газове е доста по-проста.
Процесът на термоядрени реакции протича в плазма — парещ, електрически зареден газ. Подобно на препоръчаните реактори на Земята, Sunbird ще употребява мощни магнити , с цел да загрее плазмата и да сътвори условия, при които горивото — което ще бъде в количества от порядъка на грамове — да се разбие и слее. Но до момента в който на Земята реакторите са кръгли, с цел да се предотврати приключването на частици, в Sunbird те ще бъдат линейни — тъй като изтичащите частици ще задвижват галактическия транспортен съд.
Най-накрая, няма да се създават неутрони от реакцията на синтез, които реакторите на Земята употребяват за генериране на топлина; вместо това Sunbird ще употребява по-скъп вид гориво, наречено хелий-3, с цел да създава протони, които ще се употребяват като „ нуклеарен шумозаглушител “ за обезпечаване на задвижване.
Процесът, който се ползва в Sunbird, би бил безценен и несъответствуващ за производството на сила на Земята, признава Динан. Въпреки това, защото задачата не е производството на сила, процесът може да бъде неефикасен и безценен , само че все пак ще бъде скъп, защото би икономисал разноски за гориво, би понижил тежестта на галактическите кораби и би разрешил да се реализиран доста по-бързи скорости за превоз до разнообразни местоназначения.
Намаляване на времето за пътешестване
Sunbirds ще работят по сходство на градските колела в станциите за зареждане, съгласно Динан: „ Изстрелваме ги в Космоса и ще имаме станция за зареждане , където те могат да седнат, а по-късно ще се срещнат с вашия транспортен съд “, споделя той. „ Изключвате вашите неефективни мотори с вътрешно горене и употребявате нуклеарен синтез през по-голямата част от пътуването си. В идеалния случай ще имате станция някъде покрай Марс и ще имате станция на ниска околоземна орбита, а Sunbird ще се движат напред-назад. “
Някои съставни елементи ще бъдат тествани в орбита още тази година. „ Те са главно печатни платки, които се качват, с цел да бъдат тествани и да се уверим, че работят. Не е доста вълнуващо, тъй като няма синтез, само че би трябвало да го създадем “, споделя Динан. „ След това, през 2027 година, ще изпратим дребна част от Sunbird в орбита, единствено с цел да проверим дали физиката работи както компютърът допуска. Това ще бъде първата ни проява в орбита, където се надяваме да реализираме синтез в Космоса. И се надяваме, че Pulsar ще бъде първата компания, която фактически ще реализира това. “
Този първообраз ще коства към 70 милиона $ , съгласно Динан, и няма да бъде цялостен Sunbird, а по-скоро „ опит за линеен синтез “, с цел да се потвърди концепцията. Първата функционална Sunbird ще бъде подготвена четири до пет години по-късно, споделя той, при изискване че бъде обезпечено нужното финансиране.
Първоначално Sunbirds ще се употребяват за совалкови спътници в орбита, само че същинският им капацитет ще бъде сбъднат при междупланетни задачи. Компанията предлага няколко образеца за задачи, които Sunbird може да реализира, като доставка на до 2000 кг товар до Марс за по-малко от шест месеца, разполагане на сонди до Юпитер или Сатурн за две до четири години и задача за рандеман на метеорити, която ще приключи в двете посоки пътешестване до непосредствен метеорит за една до две години вместо за три.
Други компании също работят върху мотори за нуклеарен синтез за галактическо задвижване, в това число основаната в Пасадена Helicity Space, която получи инвестиция от аерокосмическия колос Lockheed Martin през 2024 година НАСА и General Atomics работят върху различен вид нуклеарен реактор, основан на разделяне, който възнамеряват да тестват в Космоса през 2027 година
Според Арън Нол , старши учител в региона на плазменото задвижване на галактически кораби в Imperial College London, който не е зает с Pulsar Fusion, има голям капацитет за потреблението на термоядрена сила за задвижване на галактически кораби. „ Въпреки че към момента сме на няколко години от превръщането на термоядрената сила в жизнеспособна технология за произвеждане на електрическа сила на Земята, не е належащо да чакаме, с цел да стартираме да използваме този източник на сила за задвижване на галактически кораби “, споделя той.
Той добавя, че до момента в който за производството на сила на Земята би трябвало да се генерира повече сила от вложената, когато термоядрената сила се употребява за генериране на двигателна сила в галактически транспортен съд, всяка изходяща сила е потребна — даже в случай че е по-малка от доставената сила. Цялата комбинирана сила от външното зареждане и реакциите на синтез ще усили тягата и успеваемостта на задвижващата система.
Технически спънки
Въпреки това, има обилни механически спънки при превръщането на термоядрената технология в действителност. „ Настоящите планове на термоядрени реактори на Земята са огромни и тежки системи , които изискват инфраструктура като системи за предпазване на сила, зареждане, снабдяване на газ, магнити и съоръжение за вакуумно изпомпване “, споделя той. „ Миниатюризирането на тези системи и превръщането им в леки е голямо инженерно предизвикателство. “
Бхувана Шринивасан , професор по аеронавтика и астронавтика във Вашингтонския университет, която също не е ангажирана с Pulsar, е съгласна, че задвижването с нуклеарен синтез има забележителен капацитет за галактическите полети. „ Би било извънредно потребно даже за пътешестване до Луната , тъй като може да обезпечи средства за построяването на лунна база с екипаж в една задача. Ако успее, ще надмине съществуващите технологии за задвижване освен последователно, само че и трагично “, споделя тя.
Тя прибавя, че превръщането на нуклеарното синтезно задвижване в плътно и леко устройство остава съществено инженерно предизвикателство , което слага по-малко акцент върху земните потребности за сила.
Отключването на термоядреното задвижване, съгласно Шринивасан, освен би разрешило на хората да пътуват по-далеч в Космоса, само че и би трансформирало играта за задачи без екипаж, като да вземем за пример за събиране на запаси като хелий-3 — термоядрено гориво, което е необичайност на Земята и би трябвало да се основава изкуствено, само че може да бъде в обилие на Луната:
„ Ако успеем да изградим лунна база, която да бъде насочна точка за проучване на дълбокия Космос , достъпът до евентуален запас от хелий-3 може да бъде скъп “, споделя тя.
„ Изследването на планети, луни и слънчеви системи по-далеч е фундаментално за нашата любопитна и проучвателна природа като хора, като в същото време може да докара до обилни финансови и публични изгоди, които може би към момента не осъзнаваме. “
Източник: vesti.bg
КОМЕНТАРИ