Naslovnica SCI-TECH Novi pogonski sistem bi bacao pelete hiperbrzine na svemirsku letjelicu kako bi...

Novi pogonski sistem bi bacao pelete hiperbrzine na svemirsku letjelicu kako bi je ubrzao

73
0

Danas više svemirskih agencija istražuje najsavremenije ideje o pogonu koji će omogućiti brzi tranzit do drugih tijela u Sunčevom sistemu. To uključuje NASA-ine koncepte nuklearno-termalnog ili nuklearno-električnog pogona (NTP/NEP) koji bi mogli omogućiti vrijeme tranzita do Marsa za 100 dana (ili čak 45) i kinesku letjelicu na nuklearni pogon koja bi mogla istraživati ​​Neptun i njegov najveći mjesec, Triton. Iako bi ove i druge ideje mogle omogućiti međuplanetarno istraživanje, izlazak izvan Sunčevog sistema predstavlja neke velike izazove.

Kao što smo istražili u prethodnom članku, svemirskim letjelicama koje koriste konvencionalni pogon bilo bi potrebno od 19.000 do 81.000 godina da stignu čak i do najbliže zvijezde, Proxima Centauri (4,25 svjetlosnih godina od Zemlje). U tu svrhu, inženjeri su istraživali prijedloge za svemirske letjelice bez posade koje se oslanjaju na snopove usmjerene energije (lasere) da ubrzaju svjetlosna jedra do djelića brzine svjetlosti. Nova ideja koju su predložili istraživači sa UCLA predviđa zaokret u ideji snopa-jedra: koncept pelet-beam-a koji bi mogao ubrzati svemirsku letjelicu od 1 tone do ruba Sunčevog sistema za manje od 20 godina.

Koncept pod nazivom „Pellet-beam Propulsion for Breakthrough Space Exploration“, predložio je Artur Davoyan, docent za mašinstvo i vazduhoplovstvo na Univerzitetu Kalifornije, Los Anđeles (UCLA). Prijedlog je bio jedan od četrnaest prijedloga koje je odabrao NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) program kao dio njihovog odabira za 2023. godinu, koji je dodijelio ukupno 175.000 dolara grantova za dalji razvoj tehnologija. Davoyanov prijedlog se temelji na nedavnom radu s pogonom usmjerenom energijom (DEP) i tehnologijom lakih jedara za realizaciju solarnog gravitacijskog sočiva.

Uklonite sve oglase na Universe već danas

Pridružite se našem Patreonu za samo $3!

Dobijte doživotno iskustvo bez oglasa

Slika galaksije sa gravitacionim sočivom koja stvara Ajnštajnov prsten. Zasluge: NASA/ESA/Hubble

Kako je prof. Davoyan rekao za Universe Today putem e-pošte, problem sa svemirskim letjelicama je u tome što su još uvijek zaslužni za raketnu jednačinu:

“Sve trenutne svemirske letjelice i rakete lete ekspandirajućim gorivom. Što se gorivo brže baca, to je raketa efikasnija. Međutim, postoji ograničena količina goriva koju možemo nositi na brodu. Kao rezultat toga, brzina do koje se svemirski brod može ubrzati je ograničena. Ovu fundamentalnu granicu diktira jednačina rakete. Ograničenja raketne jednačine se pretvaraju u relativno sporo i skupo istraživanje svemira. Takve misije kao što je Solarna gravitaciona sočiva nisu izvodljive sa trenutnim svemirskim letelicama.”

Solarna gravitacijska sočiva (SGL) je revolucionarni prijedlog koji bi bio najmoćniji teleskop ikada zamišljen. Primjeri uključuju solarno gravitacijsko sočivo, koje je odabrano 2020. za razvoj NIAC faze III. Koncept se oslanja na fenomen predviđen Ajnštajnovom teorijom opšte relativnosti poznatom kao gravitaciono sočivo, gde masivni objekti menjaju zakrivljenost prostor-vremena, pojačavajući svetlost objekata u pozadini. Ova tehnika omogućava astronomima da proučavaju udaljene objekte sa većom rezolucijom i preciznošću.

Pozicioniranjem svemirske letjelice na heliopauzi (~500 AJ od Sunca), astronomi bi mogli proučavati egzoplanete i udaljene objekte s rezolucijom primarnog ogledala prečnika oko 100 km (62 milje). Izazov je razvoj pogonskog sistema koji bi mogao dovesti letjelicu do ove udaljenosti u razumnom vremenu. Do danas, jedina svemirska letjelica koja je stigla do međuzvjezdanog prostora bila je Voyager 1 i 2 sonde, koje su lansirane 1977. godine i trenutno su udaljene oko 159 odnosno 132 AJ od Sunca (respektivno).

Kada je napustio Sunčev sistem, Voyager 1 sonda je putovala rekordnom brzinom od oko 17 km/s (38,028 mph), ili 3,6 AJ godišnje. Ipak, ovoj sondi je bilo potrebno 35 godina da dostigne granicu između Sunčevog solarnog vjetra i međuzvjezdanog medija (heliopauze). Sa trenutnom brzinom, Voyageru 1 će biti potrebno više od 40.000 godina da proleti pored drugog zvjezdanog sistema – AC+79 3888, opskurne zvijezde u sazviježđu Malog medvjeda. Iz tog razloga, naučnici istražuju pogon usmjerene energije (DE) kako bi ubrzali svjetlosna jedra, koja bi mogla doći do drugog zvjezdanog sistema za nekoliko decenija.

Projekat Starshot, inicijativa koju sponzorira Fondacija Breakthrough, zamišljen je da bude prvo međuzvjezdano putovanje čovječanstva. Zasluge: breakthroughinitiatives.org

Kako je objasnio prof. Davoyan, ova metoda nudi neke jasne prednosti, ali ima i svoj dio nedostataka:

„Lasersko jedrenje, za razliku od konvencionalnih svemirskih letjelica i raketa, ne zahtijeva gorivo na brodu za ubrzanje. Ovdje ubrzanje dolazi od lasera koji gura svemirsku letjelicu pritiskom zračenja. U principu, ovom metodom se mogu postići brzine bliske brzine svjetlosti. Međutim, laserski snopovi se razilaze na velikim udaljenostima, što znači da postoji samo ograničen raspon udaljenosti preko kojeg se letjelica može ubrzati. Ovo ograničenje laserskog jedrenja dovodi do potrebe posedovanja pretjerano velikih laserskih snaga, gigavata, a u nekim prijedlozima i teravata, ili postavlja ograničenje na masu svemirske letjelice.”

Primeri koncepta laserskog snopa uključuju projekat Dragonfly, studiju izvodljivosti Instituta za međuzvezdane studije (i4is) za misiju koja bi mogla da stigne do obližnjeg zvezdanog sistema u roku od jednog veka. Zatim, tu je Breakthrough Starshot, koji predlaže laserski niz od 100 gigavata (Gw) koji bi ubrzao nanocraft (Starchip). Sa maksimalnom brzinom od 161 milion km (100 miliona mi) ili 20% brzine svetlosti, Starshot će moći da stigne do Alfe Kentaura za oko 20 godina. Inspirisani ovim konceptima, prof. Davoyan i njegove kolege predlažu novi zaokret u ideji: koncept peletne grede.

Ovaj koncept misije mogao bi poslužiti kao brzi tranzitni međuzvjezdani prethodnik, poput Starshot i Dragonfly. Ali za svoje potrebe, Davoyan i njegov tim ispituju sistem pelet-beam-a koji bi potjerao ~900 kg (1 američka tona) korisni teret na udaljenost od 500 AJ za manje od 20 godina. Rekao je Davoyan:

“U našem slučaju, snop koji gura letjelicu je napravljen od sićušnih kuglica, dakle [we call it] snop peleta. Svaka kuglica se ubrzava do vrlo velikih brzina laserskom ablacijom, a zatim pelete nose svoj zamah kako bi gurnule svemirski brod. Za razliku od laserskog snopa, kuglice se ne razilaze tako brzo, što nam omogućava da ubrzamo težu letjelicu. Pelete, koje su mnogo teže od fotona, nose više zamaha i mogu prenijeti veću silu na svemirski brod.”

Slika simulirane Zemlje na udaljenosti Proxima Centauri koju projektira SGL na ravan slike na 650 AJ od Sunca. Zasluge: Toth H. & Turyshev, SG

Osim toga, mala veličina i mala masa peleta znače da se mogu pokretati laserskim zrakama relativno male snage. Sve u svemu, Davoyan i njegove kolege procjenjuju da bi svemirska letjelica od 1 tone mogla biti ubrzana do brzina do ~30 AJ godišnje pomoću laserskog zraka od 10 megavata (Mw). Za napore u fazi I, oni će demonstrirati izvodljivost koncepta peletne grede kroz detaljno modeliranje različitih podsistema i eksperimente dokazivanja koncepta. Oni će također istražiti korisnost sistema pelet-beam za međuzvjezdane misije koje bi mogle istraživati ​​susjedne zvijezde u našim životima.

„Smjer peleta ima za cilj transformirati način na koji se istražuje duboki svemir omogućavajući brze tranzitne misije do dalekih odredišta“, rekao je Davoyan. “Sa snopom peleta, vanjske planete se mogu doseći za manje od godinu dana, 100 AJ za otprilike tri godine, a solarna gravitirajuća sočiva na 500 AJ za oko 15 godina. Važno je da za razliku od drugih koncepata, zračni snop može pokretati teške svemirske letjelice (~1 tona), što značajno povećava obim mogućih misija.”

Ako se realizuje, SGL svemirska letjelica bi omogućila astronomima da direktno slikaju susjedne egzoplanete (poput Proxima b) u rezoluciji više piksela i dobiju spektre iz njihovih atmosfera. Ova zapažanja bi ponudila direktne dokaze atmosfere, biosignature, a možda čak i tehnosignature. Na ovaj način, ista tehnologija koja omogućava astronomima da direktno slikaju egzoplanete i detaljno ih proučavaju, takođe bi omogućila međuzvjezdanim misijama da ih direktno istraže.

Dodatna literatura: NASA


Izvor: www.universetoday.com


Pratite nas na Facebook-u | Twitter-u | YouTube-u

WPAP (8847)