Kategorie
Kosmologia

Wykorzystanie obiektów z obłoku Oorta

Wykorzystanie obiektów z obłoku Oorta

Elegancja wykorzystania oddziaływania żagla magnetycznego z ośrodkiem międzygwiazdowym do wyhamowania statku kosmicznego przypomina o generalnej zasadzie dotyczącej urządzeń w przestrzeni kosmicznej: korzystaj z lokalnych zasobów, gdzie tylko się da. Loty międzygwiezdne są rzeczą tak trudną, że musimy użyć wszelkich zasobów, jakie mogłyby pomóc nam w trakcie podróży.

Poza ośrodkiem międzygwiazdowym cóż mamy do dyspozycji? Odpowiedzią, która najszybciej przychodzi na myśl, są obiekty obłoku Oorta – ogromna ilość ciał wielkości planetoid, złożonych z substancji lotnych i krążących wokół Słońca aż do połowy odległości, jaka dzieli nas od następnego systemu gwiezdnego. Systemu, który zapewne również ma swój obłok Oorta. W jaki sposób moglibyśmy wykorzystać te obiekty?

Oto jedna z propozycji: ludzie zasiedlają obłok Oorta i przemieszczając się z jednego obiektu na drugi, w końcu docierają do nowego systemu gwiezdnego bez większych problemów. To mogłoby się udać, lecz zajęłoby miliony lat i nie o tym chciałbym pisać, gdyż tematem przewodnim jest wykorzystanie dostępnych zasobów do wspomagania lotów kosmicznych z dużą prędkością. Nie może być mowy o nieustannym zatrzymywaniu się przy obiektach obłoku Oorta, by uzupełnić zapasy, ponieważ powtarzające się hamowania zakwestionowałyby cały sens wyprawy. Gdyby bazy ludzkie wyposażone w działa laserowe o dużej mocy rozmieścić na obiektach pasa Kuipera i obłoku Oorta, wzdłuż trasy przelotu, mogłyby pomagać one w rozpędzaniu statku z żaglem słonecznym, lecz do tego potrzebna byłaby rozległa infrastruktura (na tej usłudze mieszkańcy pasa Kuipera i obłoku Oorta mogliby zarabiać niezłe pieniądze).

Inne, bardziej bezpośrednie podejście bierze pod uwagę wykorzystywanie obiektów obłoku Oorta jako paliwa, bez zatrzymywania się przy nich. Wyobraźmy sobie napęd MagOrion – żagiel magnetyczny popychany przez eksplozje plazmowych bomb termojądrowych za rufą statku. Plazma odbita od żagla magnetycznego mogłaby mieć prędkość wylotową równą 5% prędkości światła. Aby rozpędzić statek do 1% prędkości światła, potrzebny byłby zapas bomb o masie równej 22% suchej masy statku. Załóżmy teraz, że zamiast detonować bomby w środku kosmicznej pustki, robimy to w pobliżu skupiska małych obiektów obłoku Oorta (powiedzmy, wielkości samochodu), koło których przelatujemy z dużą prędkością. Przyjmując, że każda bomba zamienia w parę i jonizuje 25 razy więcej materii, niż sama waży, całego dostępnego paliwa będzie 25 razy więcej, niż wynosi suma mas wszystkich bomb. Ponieważ zmniejszyliśmy masę wyrzutową 25 razy, prędkość wylotowa gazów zmniejszy się pięciokrotnie (gdyż prędkość wylotowa gazów jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego stosunku energia/masa użytego paliwa), lecz ponieważ mamy 25 razy więcej materiału pędnego, w końcowym efekcie całkowity impuls nadany układowi zwiększy się pięciokrotnie. Tak więc zamiast 220 ton ładunków wybuchowych potrzebnych do rozpędzenia statku o masie 1000 ton do 1% prędkości światła, będziemy potrzebować tylko 44 ton.

W powyższym przykładzie wybrałem umiarkowaną maksymalną prędkość misji, gdyż aby napęd MagOriona przy użyciu lodowych planetoid zadziałał, należy uzyskać prędkość wylotową (prędkość ekspansji obłoku plazmy ze zjonizowanego obiektu obłoku Oorta) porównywalną z prędkością statku. Jeżeli będzie ona wynosić dużo mniej, statek zdąży odlecieć, zanim plazma dotrze do jego żagla magnetycznego i popchnie go naprzód. Gdybyśmy chcieli posłużyć się tą sztuczką przy większej prędkości, potrzebowalibyśmy ładunków wybuchowych potężniejszych niż bomby termojądrowe. W grę wchodzi, rzecz jasna, tylko antymateria. Mały ładunek antymaterii wystrzelony w blok lodowy o 400 razy większej masie wytworzyłoby prędkość wylotową równą 5% prędkości światła, co pozwoliłoby skutecznie rozpędzić statek do tej właśnie prędkości (przy dwudziestokrotnej oszczędności antymaterii), po czym moglibyśmy rozcieńczyć ładunki antymaterii 100 razy, osiągnąć prędkość wylotową równą 10% prędkości światła i przyspieszyć statek do 0,1c (przy dziesięciokrotnej oszczędności antymaterii w tej fazie przyspieszania), następnie rozcieńczyć 25 razy, by osiągnąć 20%c, i tak dalej.

Uważa się, że planetoidy lodowe o średnicy 100 kilometrów występują w obłoku Oorta z gęstością jednego obiektu na 10 jednostek astronomicznych, obiekty o średnicy kilometra raz na 0,1 jednostki astronomicznej, obiekty wielkości 100 metrów raz na 0,01 jednostki astronomicznej, dziesięciometrowe raz na 0,001 jednostki astronomicznej (150 tysięcy km), metrowe raz na 15 tysięcy kilometrów, a dziesięciocentymetrowe co 1500 kilometrów. Jeżeli statek porusza się z prędkością 1000 km/s (0,3%c), będzie przelatywał stosunkowo blisko metrowego obiektu (ważącego tonę) co 15 sekund, a koło dziesięciocentymetrowego obiektu (ważącego kilogram) co 1,5 sekundy. Aktywny układ sterowania mógłby zwiększyć szansę napotkania planetoidy. System celujący ładunkami antymaterii w nieustannie mijane obiekty będzie wymagać bardzo zaawansowanych rozwiązań technicznych, lecz żadne prawa fizyki nie wykluczają takiego rozwiązania.

Dodaj komentarz

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