Kategorie
Kosmologia

Napęd jądrowy

W tym wypadku skład mieszczący zapas bomb atomowych znajduje się w połowie długości statku. Seria bomb wystrzeliwana jest za pomocą długiej rury w kierunku rufy i wylatuje z tyłu, za osłoną popychającą – płytą wykonaną z bardzo wytrzymałego materiału – pod którą znajdują się bardzo wydajne pochłaniacze fali uderzeniowej. Gdy bomba wybucha, osłona chroni statek przed promieniowaniem i falą cieplną oraz przyjmuje na siebie falę uderzeniową, która następnie jest wytłumiana przez pochłaniacze. Ponieważ bomby są odpalane jedna za drugą w szybkim tempie, załoga znajdująca się na statku w jego przedniej części odczuwałaby stałą siłę. Niestety, osłona o kształcie tarczy znacznie gorzej zamienia energię wybuchu w ciąg niż konwencjonalna dysza wylotowa w kształcie dzwonu (przypuszczalnie zaledwie w 25%, w porównaniu z 94% w przypadku klasycznych rakiet), a musi sobie radzić ze znacznie większymi siłami. Tak więc faktyczna prędkość wylotowa gazów mogłaby wynosić zaledwie 1% prędkości światła. Kładzie to w pewnym sensie cień na naszych planach statków międzygwiezdnych napędzanych silnikami jądrowymi, lecz w dalszym ciągu prędkość wylotowa gazów rzędu 3000 km/s w rakietach o dużym ciągu jest dobrym rezultatem.

Niestety, projekt Orion został zarzucony w 1963 roku, gdy Traktat o ograniczeniu prób jądrowych między Stanami Zjednoczonymi a Związkiem Radzieckim wykluczył składowanie bądź detonowanie ładunków nuklearnych w przestrzeni kosmicznej.

Traktat ten wygaśnie pewnego dnia. Niemniej wydaje się dobrym pomysłem unikanie stacjonowania statków wypełnionych tysiącami bomb atomowych na Ziemi lub jej orbicie (a jeszcze lepszym pomysłem – unikanie budowania fabryk produkujących bomby na masową skalę, by potem sprzedać je kosmicznym podróżnikom). Na początku lat dziewięćdziesiątych zaproponowałem rozwiązanie pozwalające obejść ten problem – koncepcję nazwaną nuklearną rakietą wykorzystującą roztwór soli materiału rozszczepialnego (NSWR – Nuclear Salt Water Rocket), pokazaną na rysunku.

Rakieta wykorzystująca roztwór soli materiału rozszczepialnego.

W rakiecie NSWR materiał rozszczepialny rozpuszczony jest w wodzie w postaci soli, takiej jak na przykład bromek uranu (UBr4). Jest on składowany w szeregu pojemników, odgrodzonych od siebie nawzajem warstwą wytrzymałego materiału, zawierającego bor (B), który jest bardzo silnym pochłaniaczem neutronów, a więc całkowicie uniemożliwia ich przepływ między pojemnikami. Ponieważ każdy pojemnik zawiera podkrytyczną masę uranu, a bor zapobiega przemieszczaniu neutronów z jednego pojemnika do drugiego, układ jako całość znajduje się w stanie podkrytycznym. Gdy potrzebujemy uruchomić silnik, we wszystkich pojemnikach naraz otwierają się zawory, a woda zawierająca sól uranu wytryskuje pod ciśnieniem do zbiorczej tuby. Gdy słup wody osiągnie określoną wysokość w tubie, rozpoczyna się reakcja łańcuchowa i woda eksploduje, przekształcając się w plazmę podgrzewaną reakcją jądrową. Następnie wylatuje z dyszy rakiety, zabezpieczonych przed olbrzymią temperaturą plazmy za pomocą pola magnetycznego. W efekcie tworzy się stały ciąg, podobnie jak w rakietach z napędem chemicznym, tyle że entalpia jest miliony razy większa. Dysza rakietowa byłaby o wiele skuteczniejsza niż osłona popychająca Oriona, lecz ponieważ uran stanowiący paliwo jest rozpuszczony w wodzie, prędkość wylotowa gazów uległaby odpowiednio zmniejszeniu, poniżej teoretycznej wartości 4% prędkości światła; niewykluczone nawet, że do wartości 1%, podobnie jak w wypadku napędzanego bombami atomowymi Oriona. Ale przynajmniej wyeliminowalibyśmy w ten sposób potrzebę masowej produkcji bomb jądrowych.

Przy prędkości wylotowej rzędu 1% prędkości światła statki kosmiczne napędzane takimi systemami mogłyby rozwijać prędkość sięgającą 2% prędkości światła, co pozwoliłoby na dotarcie do alfa Centauri w 215 lat. Tak długie podróże byłyby możliwe, gdyby załogę poddano hibernacji na cały okres podróży lub przynajmniej na jej część. Gdyby czas przelotu mimo wszystko rozciągnął się na kilka pokoleń, przynajmniej istniałaby jakaś szansa, że cel podróży pozostanie niezmieniony przez te wszystkie lata, w odróżnieniu od sytuacji, gdy przelot trwa kilka tysięcy lat.

Napędy jądrowe, prócz tego, że tylko w niewielkim stopniu poprawiają możliwości lotów międzygwiezdnych, mają inną wadę – trudno dostępne paliwo. Ilość rozszczepialnego uranu 235 lub plutonu 238 potrzebna do zatankowania zbiorników takiego napędu byłaby ogromna: nawet 10 tysięcy ton, by wysłać w drogę tysiąctonowy statek (i tak mało, jak na długotrwałą podróż do innych systemów gwiezdnych). Nie bardzo wiadomo, skąd wziąć tyle paliwa.

Tak więc musimy skupić się na jeszcze bardziej wydajnym źródle energii dla napędów kosmicznych: syntezie termojądrowej.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.