Raudonosios planetos užkariautojai džiūgauja: ši pažangi technologija padės

Praėjus beveik 50 metų po pirmojo išsilaipinimo Mėnulyje šiuo metu žmonija ruošiasi siųsti pirmuosius žmones į Marsą. Kelionė į Mėnulį truko tris dienas, į Marsą, tikėtina, truks kur kas ilgiau.

Tiesa, skiriasi ne tik kelionės trukmė. Mums prireiks daugiau išteklių šiai kelionei, o pagaliau pasiekus Raudonąją planetą teks įkurti stovyklavietę ir kuriam laikui ten apsistoti. Visoms šioms medžiagoms gabenti prireiks revoliucinės raketų technologijos.

„Saturn V“ – didžiausia kada sukonstruota raketa. Prireikė neįtikėtinai daug degalų sprogstamosioms cheminėms reakcijoms, skirtoms „Apollo“ erdvėlaiviui išsiųsti į orbitą. Pasiekęs orbitą šis kosminis laivas atsikratė tuščių degalų talpų ir paleido savo chemines raketas, sunaudojusias dar daugiau degalų tam, kad nuvyktų į Mėnulį. Dienos trukmės kelionei į artimiausią už Žemės ribų esantį kūną prireikė beveik 31 491 tonų įvairių degalų, rašo theconversation.com.

Taigi kaip galėtume išsiųsti misiją į Marsą, per šimtą kartų labiau nutolusį nuo Žemės nei Mėnulis? „Saturn“ ir „Apollo“ kombinacija gali nugabenti į Mėnulį tik masę, ekvivalentišką vienam geležinkelio prekiniam vagonui. Taigi pastatyti vienam nedideliam namui Marse prireiktų keliolikos tokių raketų.

Liūdna pripažinti, tačiau tradicinėms cheminėms raketoms nėra jokių alternatyvų, nes tik galingi cheminiai sprogimai gali kurti pakankamą jėgą Žemės gravitacijai įveikti. Tiesa, persikėlus į kosminę erdvę gali būti naudinga kur kas mažiau degalų eikvojanti raketų technologija – plazminės raketos.

Elektrinės kosmoso transporto priemonės

Plazminės raketos – tai moderni technologija, transformuojanti degalus į karštą elektros krūvį turinčių dalelių sriubą, žinomą plazmos pavadinimu, priverčianti kosminį laivą judėti pirmyn.

Plazminių raketų naudojimas vietoje tradicinių cheminių gali sumažinti bendrą kosminėje erdvėje naudojamą degalų kiekį 90 proc. Tai reiškia, kad atsirastų galimybė gabenti 10 kartų daugiau krovinių, sunaudojant tą patį degalų kiekį. NASA misijų planuotojai jau domisi galimybėmis panaudoti plazmines raketas kroviniams iš Žemės į Marsą gabenti.

Pagrindinis plazminių raketų trūkumas – maža trauka. Tai dydis, padedantis išmatuoti raketos kosminiam laivui perduodamą varomąją jėgą. Galingiausia plazminė į kosminę erdvę paleista raketa, pavadinta „Hull“, būtų pajudintų nebent popieriaus lapą. Taigi nieko keisto, kad pasiekti Marsą su „Hall“ pagalba būtų įmanoma po daugybės nuolatinio judinimo metų.

Vis dėlto liūdėti nevertėtų, nes varomoji jėga – tai dar ne viskas. Dėl revoliucinės taupaus degalų eikvojimo technologijos plazminės raketos suteikia NASA galimybę vykdyti misijas, kurios panaudojant chemines raketas nė nebūtų įmanomos. Visai neseniai „The Dawn“ misija pademonstravo plazminių raketų potencialą ir tapo pirmuoju erdvėlaiviu, išvedusiu į orbitą du už Žemės ribų esančius kūnus.

Nors plazminių raketų ateitis atrodo šviesi, vis dėlto ši technologija turi neišspręstų problemų. Pavyzdžiui, kas nutiks varikliui po daugybės metų, kurių jam prireiks atlikti kelionę pirmyn ir atgal vykdant krovinio gabenimo misijas į Marsą? Tikėtina, kad jis suges.

Suprasti plazmines raketas

Visų pirma būtina išsiaiškinti, kaip veikia plazminės raketos. Šio tipo raketos gamina plazmą sujungdamos elektros energiją su dujų pavidalo degalais, atskirdamos neigiamai įkrautus elektronus nuo teigiamai įkrautų jonų. Tada jonai išleidžiami iš raketos, o erdvėlaivis priverčiamas judėti pirmyn.

Deja, visa ši plazmoje esanti energija ne tik išjudina kosminį laivą, bet ir mėgina sunaikinti bet kokią medžiagą, su kuria ji kontaktuoja. Dėl elektros lauko sukuriamų jėgų iš neigiamai įkrautų sienelių jonai įsirėžia į sienelę itin dideliu greičiu. Šie susidūrimai ardo sienelės atomus ir laikui bėgant ji tampa vis silpnesnė. Galiausiai jonai suardo sienelę, variklis nustoja veikęs, o erdvėlaivis lieka užstrigęs kosminėje erdvėje.

Išvengti šių problemų nepavyks vien tik naudojant tvirtesnes medžiagas, nes bet kuriuo atveju atsiras pažeidimų. Būtinas protingas būdas plazmai ir sienelės medžiagai manipuliuoti tokiu būdu išvengiant pažeidimų.

Savaime atsistatanti sienelė

Argi nebūtų šaunu sukurti savaime atsinaujinančią sienelę? Panašu, kad galimi du būdai šiam tikslui pasiekti.

Pirmasis žinomas balistinės depozicijos pavadinimu. Su juo susiduriama tuomet, kai medžiagos pasižymi mikroskopinėmis paviršiaus variacijomis. Kai jonas atsitrenkia į sienelę, atsiskiria mikrodalelės, galinčios lėkti bet kuria kryptimi. Kai kurios iš jų atsitrenkia į greta esančias atsikišusias paviršiaus dalis ir prisitvirtina prie jų. Tokiu atveju sienelė lieka iš esmės nepažeista. Deja, visada bus nuo senelės atitrūkusių atomų, kurių netenkama visiems laikams.

Antrasis fenomenas mažiau intuityvus ir priklauso nuo plazmos sukuriamų sąlygų. Įsivaizduokite tokį pat scenarijų, kai sienelės dalelės atitrūksta, bet atitrūkusios patenka į plazmą. Tokiu atveju šios dalelės nedingsta amžiams, o netikėtai apsisuka ir grįžta atgal į sienelę.

Ši schema panaši į beisbolo kamuolį, paleistą į orą, apsisukantį apie savo ašį ir vėl atsiduriantį rankoje. Beisbolo kamuolio atveju gravitacijos jėga neleidžia kamuoliui pakilti aukščiau ir sugrąžina jį į žemę. Plazminiame variklyje elektrinio lauko jėgos sukuriamos tarp neigiamai įkrautos sienelės ir pačios sienos dalelės. Taigi atitrūkusi dalelė būna neutrali, tačiau plazmoje gali netekti elektrono ir tapti teigiamai įkrauta. Taigi pasiekiamas rezultatas, kai dalelė stumiama atgal sienelės link, o šis fenomenas žinomas plazmos redepozicijos pavadinimu. Šis procesas gali būti kontroliuojamas keičiant plazmos tankį ir temperatūrą.

Bandymai su skirtingomis medžiagomis

Svarbu nepamiršti, kad balistinė depozicija priklauso nuo sienelės paviršiaus struktūros, o štai plazmos redepozicija priklauso nuo pačios plazmos. Atliekant pradinius tyrimus, nustatytos tokios plazmos sąlygos, kad nebūtų jokios plazmos redepozicijos, vien tik balistinė depozicija.

Tada dėmesys buvo nukreiptas nuo plazmos prie sienelės. Pirmojo tirto mikrodalelių mėginio atveju pažeidimas buvo sumažėjęs 20 proc. Keičiant mikrodalelių pavidalą, pažeidimą galima sumažinti dar labiau, net iki 50 proc. Taigi tokia medžiaga gali padėti išvengti strigimo pusiaukelėje ir suteikti galimybę sėkmingai pasiekti Marsą. Kitas žingsnis – sukurti plazmos redepozicijos efektą ir nustatyti, ar įmanoma sukonstruoti iš tikrųjų nemirtingą sienelę.

Didėjant plazminių variklių galingumui kartu didėja ir jų sienelių pažeidžiamumas, taigi neišvengiamai auga savaime atsistatančių sienelių reikšmingumas. Galutinis tikslas – sukurti variklį, panaudojant pažangias medžiagas, kurio veikimo trukmė būtų 10 kartų ilgesnė, nei nurodoma Marso misijai keliamuose reikalavimuose. Kitaip tariant, medžiagos turi būti amžinos. Nemirtinga sienelė padėtų išspręsti variklio gedimo problemą ir leistų gabenti krovinius, būtinus pirmajai stovyklai Marse įkurti.