Nowy pomysł na dalekie podróże kosmiczne

Dr Fatima Ebrahimi opracowała nową koncepcję rakiety termojądrowej, która mogłaby wysłać ludzi na Marsa i nie tylko. Fizyk, która pracuje w Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) Departamentu Energii USA, zaprojektowała rakietę, która będzie wykorzystywać pola magnetyczne do wystrzeliwania cząstek plazmy - elektrycznie naładowanego gazu - w próżnię kosmiczną.

Zgodnie z drugim i trzecim zasadom termodynamiki, zachowanie pędu oznaczałoby, że rakieta była napędzana do przodu i to z prędkością 10 razy większą niż porównywalne silniki. Wynalazek ten mógłby znacznie usprawnić podróż na Marsa.

Podczas gdy obecnie testowane silniki plazmowe wykorzystują pola elektryczne do napędzania cząstek, nowy projekt rakiety przyspieszy je za pomocą rekoneksji magnetycznej. Proces ten występuje w całym Wszechświecie, ale dla ludzkości jest najbardziej zauważalny na powierzchni Słońca. Gdy linie pola magnetycznego rozdzielają się, a następnie ponownie łączą, wytwarzają ogromną ilość energii. Podobne zjawisko zachodzi wewnątrz tokamaków, czyli urządzeń zdolnych do podtrzymania syntezy termojądrowej.

- Od jakiegoś czasu pracuję nad tą koncepcją. Wpadłem na ten pomysł w 2017 roku, siedząc na pokładzie i myśląc o podobieństwach między spalinami samochodu a cząstkami spalin o dużej prędkości, tworzonymi przez PPPL National Spherical Torus Experiment (NSTX) - powiedziała dr Fatima Ebrahimi, której praca opisująca wynalazek została opublikowana w Journal of Plasma Physics.

NSTX to finansowany przez Departament Energii USA eksperyment mający na celu podtrzymanie stabilnych reakcji fuzji jądrowych.

- Podczas pracy tokamak wytwarza pęcherzyki magnetyczne zwane plazmoidami, które poruszają się z prędkością około 20 km/s, co wydaje mi się bardzo podobne do siły ciągu - dodała dr Ebrahimi.

Fuzja jądrowa jest siłą, która napędza Słońce i gwiazdy. Łączy ona lekkie pierwiastki w postaci plazmy - gorącego, naładowanego stanu materii składającego się z wolnych elektronów i jąder atomowych, który stanowi 99 proc. widzialnego Wszechświata - w celu wytworzenia ogromnych ilości energii.

Jeśli reaktor działający na tych samych zasadach mógłby zostać odtworzony na Ziemi, zapewniłby "praktycznie niewyczerpane źródło energii do generowania elektryczności".

Nowa koncepcja dr Ebrahimi w symulacjach komputerowych sprawdza się znacznie lepiej niż istniejące silniki plazmowe - generuje spaliny z prędkością setek kilometrów na sekundę, czyli 10 razy szybciej niż inne testowane rozwiązania. Ta większa prędkość na początku podróży statku kosmicznego może sprawić, że planety zewnętrzne znajdą się w zasięgu astronautów.

- Podróże na duże odległości trwają miesiące lub lata, ponieważ impuls właściwy chemicznych silników rakietowych jest bardzo niski, więc statek potrzebuje trochę czasu, aby nabrać prędkości. Ale jeśli zrobimy silniki oparte na rekoneksji magnetycznej, wtedy moglibyśmy wyobrazić sobie ukończenie misji długodystansowych w krótszym czasie - podsumowała dr Ebrahimi.