Danas više svemirskih agencija istražuje najsavremenije ideje o pogonu koje će omogućiti brzi tranzit do drugih tela u Sunčevom sistemu.
To uključuje NASA-ine koncepte nuklearno-termalnog ili nuklearno-električnog pogona (NTP/NEP) koji bi mogli da omoguće vreme tranzita do Marsa za 100 dana (ili čak 45 ) i kinesku letelicu na nuklearni pogon koja bi mogla da istražuje Neptun i njegov najveći mesec, Triton.
Iako bi ove i druge ideje mogle da omoguće međuplanetarno istraživanje, prevazilaženje Sunčevog sistema predstavlja neke velike izazove.
Kao što smo istražili u prethodnom članku, svemirskim letelicama koje koriste konvencionalni pogon bilo bi potrebno od 19.000 do 81.000 godina da stignu čak i do najbliže zvezde, Proksime Kentauri (4,25 svetlosnih godina od Zemlje). U tom cilju, inženjeri su istraživali predloge za svemirske letelice bez posade koje se oslanjaju na snopove usmerene energije (lasere) da ubrzaju svetlosna jedra na delić brzine svetlosti.
Nova ideja koju su predložili istraživači sa UCLA predviđa zaokret u ideji grednog jedra: koncept snopa peleta koji bi mogao da ubrza svemirsku letelicu od 1 tone do ivice Sunčevog sistema za manje od 20 godina.
Koncept pod nazivom „Pogon peletnim snopom za prodorna svemirska istraživanja“ predložio je Artur Davojan, docent za mašinstvo i vazduhoplovstvo na Univerzitetu Kalifornije, Los Anđeles (UCLA).
Predlog je bio jedan od četrnaest predloga koje je izabrao NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) program kao deo njihovih izbora za 2023. godinu, koji je dodelio ukupno 175.000 američkih dolara grantova za dalji razvoj tehnologija. Davojanov predlog se zasniva na nedavnom radu sa pogonom usmerenom energijom (DEP) i tehnologijom lakih jedara za realizaciju solarnog gravitacionog sočiva.
Kao što je prof. Davojan rekao za Universe Todai putem e-pošte, problem sa svemirskim letelicama je u tome što su još uvek u vezi sa raketnom jednačinom:
„Sve trenutne svemirske letelice i rakete lete ekspandirajući gorivo. Što se gorivo brže baca, to je raketa efikasnija. Međutim, postoji ograničena količina goriva koju možemo da nosimo na brodu. Kao rezultat toga, brzina svemirske letelice može se ubrzati na ograničeno. Ovu fundamentalnu granicu diktira jednačina rakete. Ograničenja raketne jednačine se prevode u relativno sporo i skupo istraživanje svemira. Takve misije kao što je Solarno gravitaciono sočivo nisu izvodljive sa trenutnim svemirskim letelicama.“
Solarno gravitaciono sočivo (SGL) je revolucionarni predlog koji bi bio najmoćniji teleskop ikada zamišljen. Primeri uključuju solarno gravitaciono sočivo, koje je izabrano 2020. za razvoj NIAC faze III.
Koncept se oslanja na fenomen predviđen Ajnštajnovom teorijom opšte relativnosti poznatom kao gravitaciono sočivo, gde masivni objekti menjaju zakrivljenost prostor-vremena, pojačavajući svetlost objekata u pozadini. Ova tehnika omogućava astronomima da proučavaju udaljene objekte sa većom rezolucijom i preciznošću.
Pozicioniranjem svemirske letelice na heliopauzi (~500 AJ od Sunca), astronomi bi mogli da proučavaju egzoplanete i udaljene objekte sa rezolucijom primarnog ogledala prečnika oko 100 km (62 milje). Izazov je razvoj pogonskog sistema koji bi mogao da dovede letelicu na ovu udaljenost u razumnom vremenu.
Do danas, jedine svemirske letelice koje su dosegle međuzvezdani prostor bile su sonde Voiager 1 i 2, koje su lansirane 1977. godine i trenutno su udaljene oko 159 odnosno 132 AJ od Sunca (respektivno).
Kada je napustila Sunčev sistem, sonda Voiager 1 je putovala rekordnom brzinom od oko 17 km/s (38.028 mph), ili 3,6 AJ godišnje. Ipak, ovoj sondi je bilo potrebno 35 godina da dostigne granicu između Sunčevog solarnog vetra i međuzvezdanog medija (heliopauze).
Sa trenutnom brzinom, biće potrebno više od 40.000 godina da Voiager 1 proleti pored drugog zvezdanog sistema – AC+79 3888, opskurne zvezde u sazvežđu Malog medveda. Iz tog razloga, naučnici istražuju pogon usmerene energije (DE) kako bi ubrzali laka jedra, koja bi mogla da stignu do drugog zvezdanog sistema za nekoliko decenija.
Kako je objasnio prof. Davoian, ovaj metod nudi neke jasne prednosti, ali takođe ima i svoje nedostatke:
„Lasersko jedrenje, za razliku od konvencionalnih svemirskih letelica i raketa, ne zahteva gorivo na brodu za ubrzanje. Ovde ubrzanje dolazi od lasera koji gura letelicu pritiskom radijacije. U principu, ovim metodom se mogu postići brzine približne brzini svetlosti.“ Međutim, laserski zraci se razilaze na velikim udaljenostima, što znači da postoji samo ograničen raspon udaljenosti preko kojeg se svemirska letelica može ubrzati.Ovo ograničenje laserskog jedrenja dovodi do potrebe za posedovanjem izuzetno velikih laserskih snaga, gigavata, a u nekim predlozima i teravata , ili postavlja ograničenje na masu svemirskog broda.“
Primeri koncepta laserskog zraka uključuju projekat Dragonfli, studiju izvodljivosti Instituta za međuzvezdane studije (i4is) za misiju koja bi mogla da stigne do obližnjeg zvezdanog sistema u roku od jednog veka.
Zatim, tu je Breakthrough Starshot, koji predlaže laserski niz od 100 gigavata (Gv) koji bi ubrzao nanocraft (Starchip) u gramu.
Sa maksimalnom brzinom od 161 milion km (100 miliona milja) ili 20 procenata brzine svetlosti, Starshot će moći da dostigne Alfa Kentauri za oko 20 godina. Inspirisani ovim konceptima, prof. Davojan i njegove kolege predlažu novi zaokret u ideji: koncept peletne grede.
Ovaj koncept misije mogao bi poslužiti kao brzi tranzitni međuzvezdani prethodnik, poput Starshot i Dragonfli.
Ali za svoje potrebe, Davojan i njegov tim su ispitali sistem pelet-snopa koji bi pokretao ~900 kg (1 američka tona) korisni teret na udaljenost od 500 AJ za manje od 20 godina. Rekao je Davojan:
„U našem slučaju, snop koji gura svemirsku letelicu je napravljen od sićušnih kuglica, otuda [mi to zovemo] snop peleta. Svaka kuglica se ubrzava do veoma velikih brzina laserskom ablacijom, a zatim pelete nose svoj zamah da potisnu svemirsku letelicu.
Za razliku od laserskog zraka, peleti se ne razilaze tako brzo, što nam omogućava da ubrzamo težu svemirsku letelicu. Pelete, koje su mnogo teže od fotona, nose više zamaha i mogu preneti veću silu na svemirski brod.“
Pored toga, mala veličina i mala masa peleta znače da se mogu pokretati laserskim zracima relativno male snage. Sve u svemu, Davojan i njegove kolege procenjuju da bi svemirska letelica od 1 tone mogla da se ubrza do brzina do ~30 AJ godišnje korišćenjem laserskog zraka od 10 megavata (Mv).
Za napore u fazi I, oni će demonstrirati izvodljivost koncepta pelet-greda kroz detaljno modeliranje različitih podsistema i eksperimente dokazivanja koncepta. Takođe će istražiti korisnost sistema pelet-zraka za međuzvezdane misije koje bi mogle da istražuju susedne zvezde u našim životima.
„Snop peleta ima za cilj da transformiše način na koji se istražuje duboki svemir omogućavajući brze tranzitne misije do dalekih destinacija“, rekao je Davojan. „Sa snopom peleta, spoljne planete se mogu dostići za manje od godinu dana, 100 AJ za oko tri godine, a solarna gravitacioni sočiva na 500 AJ za oko 15 godina. Važno je, za razliku od drugih koncepata, snop peleta može da pokreće teške svemirske letelice (~1 tona), što značajno povećava obim mogućih misija.“
Ako se realizuje, svemirska letelica SGL bi omogućila astronomima da direktno slikaju susedne egzoplanete (poput Proksime b) sa rezolucijom od više piksela i dobiju spektre iz njihovih atmosfera. Ova zapažanja bi ponudila direktan dokaz atmosfere, biosignatura, a možda čak i tehnosignatura.
Na ovaj način, ista tehnologija koja omogućava astronomima da direktno slikaju egzoplanete i detaljno ih proučavaju, takođe bi omogućila međuzvezdanim misijama da ih direktno istraže.
