С мечти за Марс в умовете НАСА и Илън Мъск

С фантазии за Марс в мозъците НАСА и Илън Мъск готвят задачи на дълги дистанции в космоса. Но може да се изненадате да научите, че актуалните ракети не са доста по-бързи от ракетите в предишното.

Има доста аргументи по-бързият галактически транспортен съд да е по-добър, а ракетите с атомна сила са метод да се усъвършенства значително бързината на пътешестване в космоса. Те оферират доста преимущества пред обичайните ракети за изгаряне на гориво или модерните електрически ракети със слънчева сила, само че до момента е имало единствено осем галактически полета в Съединени американски щати въз основата на нуклеарни реактори през последните 40 години.

Въпреки това предходната година законите, регулиращи нуклеарните галактически полети, се трансформираха и разрешиха да стартира работа по ракети от последващо потомство.

Първата стъпка от галактическото пътешестване включва потреблението на изстрелващи ракети за извеждане на транспортен съд в орбита. Това са огромните мотори за изгаряне на гориво, които хората си показват, когато мислят за изстрелване на ракети и няма възможност да изчезнат в обозримо бъдеще заради рестриктивните мерки на гравитацията.

След като корабът доближи галактическото пространство, нещата стават забавни. За да избягат от земната гравитация и да доближат дестинации в дълбокия космос, корабите се нуждаят от в допълнение ускоряване. Тук влизат в деяние нуклеарните системи. Ако астронавтите желаят да изследват нещо намиращо се по-далеч от Луната и може би Марс, те ще би трябвало да се движат доста бързо. Космосът е необхватен и всичко е надалеч.

Има две аргументи, по-бързите ракети да са по-добри за пътешестване в космоса на дълги дистанции: сигурност и време.

Астронавтите при пътешестване до Марс биха били изложени на доста високи равнища на радиация, което може да аргументи съществени дълготрайни здравословни проблеми като рак и яловост. Радиационното екраниране може да помогне, само че то е извънредно тежко и колкото по-дълга е задачата, толкоз повече е належащо екранирането. По-добър метод за понижаване на радиационното облъчване е просто да се стигне по-бързо там, за където се пътува.

Безопасността на хората не е единствената изгода от по-бързите галактически кораби. Тъй като галактическите организации изследват по-далечния космос, значимо е да се получат данни от безпилотни задачи допустимо най-скоро. На Вояджър-2 бяха нужни 12 години, с цел да стигне до Нептун, където направи няколко невероятни фотоси, до момента в който прелетя към планетата. Ако Вояджър-2 имаше по-бърза задвижваща система, астрономите биха могли да имат тези фотоси и информацията, която съдържат години по-рано.

След като корабът се измъкне от гравитацията на Земята, има три значими аспекта, които би трябвало да се вземат поради при сравняването на която и да е задвижваща система:

Първо, тягата или какъв брой системата може да форсира кораб;

Второ, успеваемостта или какъв брой двигателна сила може да създаде система с обещано количество гориво;

И трето, енергийна компактност – какъв брой сила може да създаде обещано количество гориво;

Днес най-често употребяваните мотори са с химическо задвижване – т.е. елементарните ракети с гориво и електрически задвижващи системи със слънчева сила.

Химическите задвижващи системи обезпечават доста двигателна сила, само че химическите ракети не са изключително ефикасни. Ракетата „ Сатурн V “, която води астронавтите от Аполо на Луната, е произвела 35 милиона нютон мощ при издигането и е носела 950 000 галона гориво. Докато по-голямата част от горивото е употребена за извеждането на ракетата в орбита, рестриктивните мерки са явни: За да стигне до което и да е място, е належащо доста гориво, което се трансформира в най-тежкия товар на кораба.

Електрическите задвижващи системи генерират двигателна сила, употребявайки електричество, създадено от слънчеви панели. Най-разпространеният метод да се направи това е потреблението на електрическо поле за ускорение на йони, като да вземем за пример с дросела на Хол. Тези устройства нормално се употребяват за зареждане на спътници и могат да имат повече от пет пъти по-висока всеобща успеваемост от химическите системи. Но те създават доста по-малко двигателна сила – към три нютона, или задоволително единствено за ускорение на автомобил от 0-100 км/час за към два часа и половина. Енергийният източник – Слънцето, е всъщност безконечен, само че става по-малко потребен, колкото по-далеч от Слънцето пътува корабът.

Една от аргументите ракетите с нуклеарна мощ да са обещаващи е, тъй като те оферират невероятна компактност на силата. Урановото гориво, употребявано в нуклеарните реактори, има енергийна компактност, която е 4 милиона пъти по-висока от тази на типичното химическо ракетно гориво. Много по-лесно е да се употребява малко количество уран в космоса, в сравнение с стотици хиляди галони гориво.

Инженерите са проектирали два съществени вида нуклеарни системи за галактически пътувания.

Първата се назовава нуклеарно термично задвижване. Тези системи са доста мощни и умерено ефикасни. Те употребяват дребен реактор за нуклеарно разделяне – сходен на този в нуклеарните подводници – за загряване на газ, като водород, и този газ по-късно се форсира през ракетна дюза, с цел да обезпечи двигателна сила. Инженери от НАСА пресмятат, че пътешестване до Марс, задвижвано от нуклеарно термична система, ще бъде с 20% -25% по-кратко от пътешестване с ракета с химическо гориво.

Ядрените термични задвижващи системи са повече от два пъти по-ефективни от химическите задвижващи системи – което значи, че генерират два пъти по-голяма двигателна сила, употребявайки същото количество горивна маса – и могат да доставят 100 000 нютона двигателна сила. Това е задоволителна мощ, с цел да се изминат с кола 100 км за към четвърт от секундата.

Втората ракетна система на нуклеарна база се назовава нуклеарно електрическо задвижване. Все още не са построени нуклеарни електрически системи, само че концепцията е да се употребява реактивен реактор с огромна мощ, с цел да се генерира електрическа енергия, която по-късно да зарежда електрическа задвижваща система, сходно на дросел на Хол. Това би било доста дейно, към три пъти по-добро от нуклеарна система за термично задвижване. Тъй като нуклеарният реактор може да сътвори доста мощ, доста самостоятелни електрически тласкачи могат да работят по едно и също време, с цел да генерират положително количество двигателна сила.

Ядрените електрически системи биха били най-хубавият избор за задачи с извънредно огромен обхват, защото не се нуждаят от слънчева сила, имат доста висока успеваемост и могат да дадат релативно висока двигателна сила. Но до момента в който нуклеарните електрически ракети са извънредно обещаващи, към момента има доста механически проблеми, които би трябвало да бъдат решени, преди да бъдат пуснати в приложимост.

Ядрените термични задвижващи системи се учат от 60-те години на предишния век, само че към момента не са полетели в космоса. След 60 години застой е допустимо ракета с нуклеарна сила да се насочи към космоса през това десетилетие. Това вълнуващо достижение ще съставлява нова епоха в галактическите полети. Хората ще отидат на Марс а научните опити ще създадат нови открития в цялата Слънчева система и отвън нея.