Czy podróż na Marsa mogłaby trwać nie miesiące, lecz tygodnie? Czy możliwe jest dotarcie do Plutona w cztery lata, zamiast dziesięciu? Brytyjska firma Pulsar Fusion twierdzi, że tak – pod warunkiem, że uda się uruchomić nowy typ napędu: rakiety zasilane fuzją jądrową. Projekt o nazwie Sunbird, rozwijany przez dekadę w tajemnicy, ma zmienić sposób, w jaki eksplorujemy Układ Słoneczny. Ale czy to w ogóle może się udać?
Kosmiczne „holowniki”
Sunbird to koncepcja nowej generacji rakiet, które miałyby działać jako tzw. „space tugs” – czyli holowniki kosmiczne. Nie startowałyby z powierzchni Ziemi, lecz czekałyby na orbicie, gotowe do podłączenia się do innych statków i wyniesienia ich na dalsze trasy. Ich zadaniem byłoby błyskawiczne przemieszczanie załogowych i bezzałogowych misji na Księżyc, Marsa czy dalsze planety Układu Słonecznego.
Według Pulsar Fusion, silnik oparty na fuzji jądrowej mógłby skrócić czas lotu na Marsa o połowę, a sondy mogłyby dotrzeć do Plutona w zaledwie cztery lata – rekord NASA z misją New Horizons to obecnie 9,5 roku.
Jak to ma działać?
Centralnym elementem projektu Sunbird jest silnik o nazwie Duel Direct Fusion Drive (DDFD). W teorii ma on wykorzystywać energię powstającą z fuzji jądrowej, czyli procesu, w którym lżejsze jądra atomowe łączą się w cięższe, uwalniając przy tym olbrzymią ilość energii.
DDFD różni się jednak od reaktorów, które znamy z ziemskich projektów (jak tokamak). Reaktor Sunbirda ma być liniowy – prostszy w konstrukcji i mniej wymagający, jeśli chodzi o warunki pracy, ponieważ w przestrzeni kosmicznej naturalnie panuje próżnia i ekstremalnie niska temperatura, co ułatwia kontrolę nad procesem.
Czym jest fuzja jądrowa?
Fuzja jądrowa to proces znany z wnętrza gwiazd. Polega na łączeniu jąder lekkich pierwiastków (najczęściej izotopów wodoru) w cięższe – z jednoczesnym uwolnieniem ogromnej ilości energii. Na Ziemi próbuje się tego dokonać w specjalnych reaktorach, ale wymaga to potężnych temperatur i ciśnień.
W przypadku projektu Sunbird planowane jest użycie mieszaniny deuteru i helu-3 – rzadkiego izotopu helu, który może zapewnić czystszą i bardziej efektywną reakcję niż tradycyjna mieszanka deuter-trit.
Dlaczego fuzja w kosmosie jest łatwiejsza?
Choć na pierwszy rzut oka może się wydawać, że uruchomienie fuzji jądrowej w kosmosie to science fiction, założyciel Pulsar Fusion – Richard Dinan – przekonuje, że jest wręcz odwrotnie. Jak twierdzi, próżnia kosmiczna i brak atmosfery znacznie ułatwiają kontrolowanie plazmy – gorącej mieszanki cząstek, w której zachodzi reakcja.
Podczas gdy ziemskie reaktory muszą tworzyć warunki przypominające przestrzeń kosmiczną, w kosmosie są one dostępne naturalnie. Dodatkowo, reakcje w silniku Sunbirda nie muszą być długotrwałe – wystarczy, by były krótkie i intensywne, co już udało się osiągnąć na Ziemi w krótkich eksperymentach.
Co to jest hel-3 i dlaczego jest tak cenny?
Hel-3 to izotop helu, który jest bardzo rzadki na Ziemi. Jest jednak uważany za jedno z najlepszych paliw do reakcji fuzji – jego reakcje nie generują szkodliwych neutronów, co czyni go „czystym” paliwem jądrowym. Na razie hel-3 jest bardzo drogi, ale w przyszłości mógłby być pozyskiwany z regolitu – pyłu pokrywającego powierzchnię Księżyca.
Technologiczna układanka
Zbudowanie takiego napędu to ogromne wyzwanie. Rakiety Sunbird będą miały ok. 30 metrów długości i wyróżniać je będzie futurystyczna i dość „obca” aparycja – to efekt zewnętrznego pancerza chroniącego wrażliwe elementy rakiety przed mikrometeorytami i promieniowaniem kosmicznym.
Sunbird ma dostarczać nie tylko ciąg napędowy, ale również zasilać systemy statku, z którym będzie połączony – z potencjalną mocą nawet 2 megawatów po dotarciu do celu.
Koszty? Około 90 milionów dolarów za sztukę – głównie z powodu trudności w pozyskaniu helu-3. Mimo to Dinan przekonuje, że oszczędności wynikające z szybszych misji kosmicznych zrekompensują wysoką cenę.
Gdzie jesteśmy dziś?
Pulsar Fusion rozpoczęła już budowę dwóch ogromnych komór próżniowych na swoim kampusie w Bletchley, gdzie będą prowadzone pierwsze testy statyczne silnika DDFD. To największe tego typu obiekty w Wielkiej Brytanii i prawdopodobnie w Europie.
Testy nie będą jeszcze prawdziwą próbą fuzji – ze względu na koszty nie użyje się helu-3, lecz gazu obojętnego, by sprawdzić, czy cały system działa zgodnie z założeniami. W 2027 roku firma planuje demonstrację niektórych komponentów technologii Sunbird na orbicie.
Produkcja pełnowymiarowego prototypu może rozpocząć się dopiero po udanych testach i pozyskaniu dodatkowych środków finansowych. Na razie nie podano konkretnego terminu, kiedy taka rakieta mogłaby zostać wystrzelona w kosmos.
Co to są testy statyczne i testy orbitalne?
Testy statyczne polegają na uruchamianiu silnika „na ziemi” – w warunkach laboratoryjnych – aby sprawdzić jego działanie bez faktycznego lotu. Testy orbitalne to próby przeprowadzane już w przestrzeni kosmicznej, które sprawdzają, jak dany system radzi sobie w realnych warunkach pracy.
Ambicje, ale też wątpliwości
Nie wszyscy są jednak przekonani, że projekt Sunbird się powiedzie. Paulo Lozano, profesor astronautyki z MIT, zauważa, że fuzja jądrowa to od lat jeden z najtrudniejszych problemów nauki – szczególnie jeśli chodzi o miniaturowe, kompaktowe reaktory, jakich wymaga przestrzeń kosmiczna.
Lozano przyznaje, że bez pełnej dokumentacji technicznej nie da się ocenić szans projektu, ale sam pomysł traktuje z ostrożnym sceptycyzmem. W środowisku fizyków często powtarza się żart: „Fuzja będzie za 20 lat – i to się nigdy nie zmieni”.
Krok po kroku ku przyszłości
Mimo licznych wyzwań, Pulsar Fusion nie zwalnia tempa. Firma pracuje również nad innymi technologiami napędowymi – m.in. plazmowymi silnikami typu Hall Effect Thrusters (HET). To nowoczesne silniki jonowe, które generują ciąg, wyrzucając z siebie zjonizowaną plazmę. Dzięki temu oferują wysoki impuls właściwy – czyli dużą efektywność przy niewielkim zużyciu paliwa – co przekłada się na niższe koszty misji oraz dłuższy czas operacyjny satelitów.
Silniki HET Pulsara wykorzystywane są do precyzyjnych manewrów na orbicie, kontroli orientacji, a także kompensacji oporu atmosferycznego, co znacząco wydłuża czas pracy satelitów i ogranicza potrzebę kosztownych startów. Rozwijane od 2016 roku, silniki te są dostosowane do misji wymagających niezawodności, elastyczności i długiej żywotności – niektóre modele mogą działać przez ponad 20 000 godzin.
Technologia Pulsar Fusion jest regularnie testowana i rozwijana w specjalistycznym laboratorium w Bletchley, gdzie inżynierowie dostosowują parametry silników do konkretnych zadań – od obsługi wielu satelitów, przez zarządzanie śmieciami kosmicznymi, aż po misje księżycowe, produkcję na orbicie i wykorzystanie zasobów in situ.
W 2021 i 2022 roku firma otrzymała dwa prestiżowe granty – od Uniwersytetu w Southampton oraz Brytyjskiej Agencji Kosmicznej (UKSA) – na rozwój i integrację plazmowych systemów napędowych z zasilaniem opartym na rozszczepieniu jądrowym. Testy trwałości i odporności konstrukcyjnej przeprowadzane są w warunkach odpowiadających ekstremalnym przeciążeniom startowym – w tym testy wibracyjne, które potwierdziły zdolność silników do przetrwania startu rakiety przy przeciążeniu rzędu 20 GRMS.
Sunbird to śmiały i futurystyczny projekt, który może odmienić eksplorację kosmosu. Łączy wizjonerską technologię fuzji jądrowej z praktycznym podejściem do transportu orbitalnego. Choć droga do realizacji jest jeszcze daleka, a sceptycy nie brakuje, projekt Pulsar Fusion ma szansę zapisać się w historii jako krok milowy w rozwoju podróży międzyplanetarnych.
źródła: livescience.com, world-nuclear-news.org
Dodaj komentarz