Wrażenie artysty dotyczące układu napędowego Ramjet. Źródło: NASA
Od lat 60. pojawiły się spekulacje na temat hipotetycznej metody napędu międzygwiezdnych podróży kosmicznych. Obliczenia na TU Wien (Wiedeń) pokazują: pozostanie science fiction.
W opowieściach science fiction o kontaktach z cywilizacjami pozaziemskimi pojawia się problem: jaki rodzaj układu napędowego umożliwiłby pokonanie ogromnych odległości między gwiazdami? Nie da się tego zrobić zwykłymi rakietami, takimi jak te używane do podróży na Księżyc lub Mars. Pojawiło się wiele mniej lub bardziej spekulacyjnych pomysłów na ten temat — jednym z nich jest „kolektor Bussarda” lub „napęd Ramjeta”. Polega na wychwytywaniu protonów w przestrzeni międzygwiazdowej, a następnie wykorzystaniu ich w reaktorze syntezy jądrowej.
Peter Schattschneider, fizyk i autor science fiction, wraz ze swoim kolegą Albertem Jacksonem z USA przeanalizował tę koncepcję bardziej szczegółowo. Rezultat jest niestety rozczarowujący dla fanów podróży międzygwiezdnych: nie może działać tak, jak wymyślił to Robert Bussard, wynalazca tego układu napędowego w 1960 roku. Analiza została opublikowana w czasopiśmie naukowym Acta Astronautica.
Maszyna do zbierania wodoru
„Pomysł zdecydowanie wart jest zbadania” – mówi prof. Petera Schattschneidera. „W przestrzeni międzygwiazdowej występuje silnie rozrzedzony gaz, głównie wodór — około jednego atom na centymetr sześcienny. Gdybyś miał zebrać wodór przed statkiem kosmicznym, jak w lejku magnetycznym, za pomocą ogromnych pól magnetycznych, mógłbyś go użyć do uruchomienia reaktora termojądrowego i przyspieszenia statku kosmicznego”. W 1960 r. Robert Bussard opublikował artykuł naukowy na ten temat. Dziewięć lat później takie pole magnetyczne zostało po raz pierwszy opisane teoretycznie. „Od tego czasu pomysł nie tylko wzbudził zainteresowanie fanów science fiction, ale także wzbudził duże zainteresowanie w społeczności technicznej i naukowej astronautyki”, mówi Peter Schattschneider.
Peter Schattschneider i Albert Jackson przyjrzeli się teraz dokładniej równaniom pół wieku później. Oprogramowanie opracowane na TU Wien w ramach projektu badawczego do obliczania pól elektromagnetycznych w mikroskopii elektronowej nieoczekiwanie okazało się niezwykle przydatne: fizycy byli w stanie go wykorzystać, aby pokazać, że podstawowa zasada magnetycznego wychwytywania cząstek rzeczywiście działa. Cząstki mogą być zbierane w proponowanym polu magnetycznym i kierowane do reaktora syntezy jądrowej. W ten sposób można osiągnąć znaczne przyspieszenie — do prędkości relatywistycznych.
Ogromne wymiary
Jednak po obliczeniu wielkości lejka magnetycznego nadzieje na wizytę u naszych galaktycznych sąsiadów szybko bledną. Aby osiągnąć ciąg 10 milionów niutonów — co odpowiada dwukrotności głównego napędu promu kosmicznego — komin musiałby mieć średnicę prawie 4000 kilometrów. Zaawansowana technicznie cywilizacja może być w stanie zbudować coś takiego, ale prawdziwym problemem jest niezbędna długość pól magnetycznych: lej musiałby mieć około 150 milionów kilometrów długości — to odległość między Słońcem a Ziemią.
Tak więc po pół wieku nadziei na podróże międzygwiezdne w odległej przyszłości stało się jasne, że napęd strumieniowy, choć jest ciekawym pomysłem, pozostanie jedynie częścią science fiction. Jeśli chcemy kiedyś odwiedzić naszych kosmicznych sąsiadów, będziemy musieli wymyślić coś innego.
Odniesienie: „The Fishback ramjet revisited” Petera Schattschneidera i Alberta A. Jacksona, 15 listopada 2021 r., Acta Astronautica.
DOI: 10.1016/j.actaastro.2021.10.039
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
