Per vos šimtą metų žmonija nuo trapaus aparato ūkininko lauke priėjo prie raketų, gebančių iškelti tonas krovinių į orbitą ir nuskraidinti astronautus iki Mėnulio. Tačiau cheminiai varikliai, kurie padėjo laimėti kosmines lenktynes, artėja prie savo galimybių ribos.
Tolimesnėms kelionėms – į Marsą ar net už Saulės sistemos ribų – reikės visiškai naujos kartos kosminių variklių ir drąsių inžinerinių sprendimų.
Cheminės ir elektrinės raketos
Cheminės raketos generuoja didelę trauką degindamos kurą su oksidatoriumi, tačiau yra labai neefektyvios. Pavyzdžiui, „SpaceX“ Falcon 9 starto metu beveik trys ketvirtadaliai jo masės yra kuras, o naudingajam kroviniui lieka tik nedidelė dalis.
Pagrindinė problema – žemas specifinis impulsas, tarsi prastas automobilių „suvartojimas“. Raketos puikiai tinka trumpam, galingam šuoliui nuo Žemės, bet negali ilgai spartėti tolimose kelionėse.
Elektriniai (joniniai) varikliai veikia priešingai. Jie labai taupiai naudoja kurą, jonizuotas dujas, kurias magnetiniais arba elektriniais laukais įsibėgėja iki didžiulių greičių. Tokie varikliai buvo naudojami NASA zondo „Dawn“ ir „Starlink“ palydovų misijose.
Jų specifinis impulsas kelis kartus didesnis nei cheminių raketų, tačiau trauka – menka. Tai lyg labai ekonomiškas, bet itin lėtas automobilis: puikiai tinka ilgam „maratonui“ kosmose, bet netinka startui nuo Žemės paviršiaus.
Nauja karta: branduoliniai ir buriniai sprendimai
NASA ir partneriai aktyviai tiria branduolinės šiluminės ir branduolinės elektrinės traukos technologijas. Branduolinė šiluminė raketa naudotų reaktoriaus šilumą propeliantui įkaitinti ir išmesti jį pro antgalį, taip dvigubai pagerindama specifinį impulsą kelionėms į Marsą.
Branduolinė elektrinė trauka veiktų kaip kosminė jėgainė: reaktorius gamina elektrą, kuri maitina galingus elektrinius variklius. Tai leistų nuolat spartėti, sumažinti kelionės laiką ir įgauti didesnį galutinį greitį.
Lygiagrečiai bandomos ir vadinamosios propelianto nereikalaujančios sistemos. Saulės burės – didžiuliai, lengvi atspindintys paviršiai, kuriuos stumia Saulės šviesos fotonų impulsas. NASA bandomoji sistema 2024 metais išskleidė kelis kartus už buto kambarį didesnę burę, kad įvertintų šios technologijos galimybes.
Kita kryptis – elektrinės burės ir erdviniai trosai. Ilgi įelektrinti laidai gali sąveikauti su planetos magnetiniu lauku ir atmosferos jonais, taip po truputį keliant palydovų orbitą ar stabdant juos prieš deorbitaciją.
Kelionės tarp žvaigždžių
Artimiausia žvaigždė Proksima Kentauro yra už 4,25 šviesmečio. Net ir pažangūs joniniai varikliai, pasiekę dešimtis tūkstančių kilometrų per valandą, iki jos keliautų dešimtis tūkstančių metų, todėl ieškoma iš esmės kitokių sprendimų.
Vienas realistiškiausių – spindulinė trauka, kai didžiulės galios lazeriu ar dalelių srautu iš Žemės arba orbitos būtų nuolat stumiama sonda su bure. Skaičiavimai rodo, kad nedidelis zondas teoriškai galėtų pasiekti apie 10 proc. šviesos greičio ir žvaigždinę kaimynę pasiekti per kelis dešimtmečius.
Fantastikoje dažnai minimi erdvėlaiviai su iškreiptos erdvės („varpo“) varikliais kol kas lieka teorijos ir spekuliacijų lygmenyje. Reikėtų egzotiškos medžiagos ir milžiniškų energijos kiekių, kurių šiuolaikinė fizika neleidžia gauti.
Kol tokie sprendimai egzistuoja tik modeliuose, inžinieriai koncentruojasi į branduolinių, elektrinių ir burinių sistemų tobulinimą. Būtent jos, tikėtina, per artimiausius dešimtmečius leis žmonėms ne tik pasiekti Marsą, bet ir pradėti ruoštis pirmiesiems zondams į kitas žvaigždes.
