Kategorie
Kosmologia

Napęd chemiczny

Napęd chemiczny

Ponieważ dysponujemy dziś dobrymi rakietami z napędem chemicznym, warto się zastanowić, czy można je wykorzystać do misji międzygwiezdnych. Na pierwszy rzut oka pomysł wydaje się absurdalny – maksymalna prędkość gazów wylotowych w rakiecie z napędem chemicznym wynosi około 5 km/s (nasze obecne rakiety na wodór/tlen osiągają 4,5 km/s, czyli 90% tego, co jest możliwe do uzyskania), tymczasem już wcześniej mówiliśmy, że maksymalna prędkość, jaką silnik rakietowy może nadać statkowi kosmicznemu, jest mniej więcej dwukrotnie większa niż prędkość gazów wylotowych. Tak więc zaawansowana rakieta z napędem chemicznym może rozpędzić się do 10 km/s, czyli 2 jednostki astronomiczne na rok. W takim tempie dotarcie na alfa Centauri zajęłoby 135 tysięcy lat.

To bardzo długo, nie zapominajmy jednak, że Voyager opuszczając Układ Słoneczny poruszał się z prędkością 3 razy większą niż teoretycznie pozwalały na to jego silniki, wykorzystując manewr asysty grawitacyjnej. Dzięki temu okres hipotetycznego lotu do alfa Centauri skrócił się do 79 tysięcy lat. Oczywiście, ta liczba nadal jest nie do zaakceptowania, lecz przecież celem Voyagera nie było osiągnięcie jak największej prędkości, a podczas asyst grawitacyjnych nie uruchamiano silników. Gdyby wycisnąć z tej metody wszystko, co się da, jaką prędkość moglibyśmy osiągnąć?

Najbardziej masywnym ciałem w Układzie Słonecznym jest Słońce, z prędkością ucieczki wynoszącą przy powierzchni 617 km/s. Moglibyśmy wysłać statek kosmiczny w kierunku Jowisza i wykorzystać jego siłę ciążenia, by „wystrzelić” dobrze izolowany, wyposażony w dobre osłony termiczne statek w lot nurkowy w wewnętrzne regiony Układu Słonecznego torem, który przechodziłby zaledwie 40 tysięcy kilometrów ponad powierzchnią Słońca. Na takiej wysokości prędkość ucieczki wynosiłaby 600 km/s, a ponieważ statek przyleciałby z orbity Jowisza, poruszałby się co najmniej z taką właśnie prędkością. W odpowiednim momencie odpalamy silniki rakietowe i nadajemy mu zmianę prędkości ΔV = 10 km/s, zwiększając jego prędkość do 610 km/s. Jak zostało wytłumaczone, korzystamy ze wzoru:

gdzie Vp jest prędkością początkową, Vmaks prędkością maksymalną (610 km/s), a Vu – prędkością ucieczki (600 km/s). Rezultat: po odpaleniu silników, by uzyskać ΔV = 10 km/s na minimalnej wysokości, a potem po zwolnieniu podczas oddalania się od Słońca, będziemy poruszać się z prędkością 110 km/s, czyli 4 razy szybciej niż Voyager, co pozwoli nam dotrzeć do alfa Centauri w 12 300 lat.

Gdybyśmy naprawdę naciągnęli do granic możliwości projekty techniczne i skorzystali z kilku manewrów asysty grawitacyjnej po kolei, moglibyśmy, teoretycznie, osiągnąć ΔV = 25 km/s. Wtedy prędkość końcowa wynosiłaby 175 km/s, a dotarcie do alfa Centauri zajęłoby 7700 lat. Dla napędu chemicznego to dobry wynik.

Zostały zaproponowane dwie metody, które umożliwiłyby tak długie podróże kosmiczne. Jedną jest ograniczenie przemiany materii załogi, być może wykorzystując komory kriogeniczne, tak by nie starzała się w normalnym tempie. Wspomniana technika wiąże się jednak z mnóstwem kłopotów, ponieważ zamarzająca we wnętrzu komórek woda tworzy kryształki, uszkadzając je nieodwracalnie. Użycie środków chemicznych, by wprowadzić załogę w stan hibernacji, jest prawdopodobnie wykonalne, jak widać na przykładzie świstaków, lecz starzenie i metabolizm następują mimo wszystko, chociaż w mniejszym tempie, co zmniejsza wartość tego typu metod dla naprawdę długich podróży kosmicznych.

Drugą opcją jest zbudowanie statku dostatecznie dużego, by pomieścił dużą liczbę ludzi na cały okres ich życia – chociażby napędzaną silnikami jądrowymi kolonię O’Neilla – i wysłanie go w drogę. Początkowa załoga wychowałaby następne pokolenie, które z kolei dałoby początek kolejnemu i tak przez 7000 lat, aż do momentu osiągnięcia docelowego punktu podróży. Zbudowanie takiego statku byłoby cudem nowoczesnej techniki, ważne jednak jest, że żadne prawa fizyki ani biologii nie wykluczają tej możliwości. Niemniej raczej fantastycznym pomysłem wydaje się, by początkowe założenia i cele pierwszego pokolenia przetrwały przez 7000 lat, czyli okres dłuższy niż cała udokumentowana historia ludzkości. Należy więc raczej zwrócić uwagę na bardziej zaawansowane rodzaje napędów, które mogłyby ograniczyć długość podróży do jednego, góra dwóch pokoleń.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *