Podróże międzygwiezdne to jak na razie domena tylko wszelkiej maści utworów z gatunku science-fiction. Obecnie nie są one możliwe. Jak to zmienić? Odpowiedzią może być napęd wykorzystujący wiązki elektronów. Podróż do najbliższej nam innej gwiazdy: Alpha Centauri zajęłaby nam za jego pomocą dużo mniej, niż 70 tysięcy lat.
Obecne napędy, czyli rakiety napędzane chemicznie, są niezdolne do osiągnięcia prędkości wymaganych do podróży międzygwiezdnych. Nawet najbardziej zaawansowane technologie wykorzystujące grawitacyjną asystę planet, Słońca pozwalają jedynie na marginalne (w skali kosmosu) przyspieszenie. Dotarcie do Alpha Centauri wymaga rozwiązań pozwalających na prędkości bliskie 10% prędkości światła. A zaznaczam, nawet w obliczu wykorzystania takiego napędu, podróż będzie trwać i tak około 40 lat. Nie będzie to działać tak, że tylko mrugniemy i... znajdziemy się już w innym układzie gwiezdnym.
W przeszłości rozważano m.in. zastosowanie laserowych żagli i silników strumieniowych. Nie są to jednak rozwiązania idealne: pojawia się m.in. problem niewystarczającej gęstości wodoru w przestrzeni kosmicznej, a także kwestia sterowania wiązką lasera na ogromnych dystansach. Pewnych rzeczy nie przeskoczymy.
Koncepcja zaproponowana przez naukowców wykorzystuje wiązki elektronów przyspieszone do prędkości relatywistycznych, czyli bliskich prędkości światła. Elektrony posiadają szereg zalet: są łatwe do przyspieszenia, a przy odpowiednich warunkach mogą tworzyć skupioną wiązkę, zdolną do przekazywania olbrzymiej ilości energii kinetycznej.
Jednym z kluczowych mechanizmów jest zjawisko zwane "relativistic pinch." Gdy wiązka elektronów przechodzi przez zjonizowaną plazmę, odpycha lżejsze elektrony, pozostawiając w tyle cięższe jony. Powstające pole magnetyczne skupia wiązkę, zapobiegając jej rozproszeniu na ogromnych dystansach.
Pomysł cudowny, ale wymaga zaawansowanych rozwiązań inżynieryjnych. Sugeruje się, że najlepszym miejscem na stworzenie generatora wiązki byłoby Słońce, które dostarczałoby energii potrzebnej do jej inicjacji. Kolejnym problemem jest przekształcenie energii wiązki w napęd statku. Wymaga to zastosowania materiału pędnego, który pozwoli na efektywne wykorzystanie dostarczonej mocy. Konwersja musi minimalizować wydzielanie ciepła odpadowego, aby zapobiec stopieniu się statku.
Według obliczeń zespołu relatywistyczna wiązka elektronów mogłaby napędzić sondę o masie 1000 kg do 10% prędkości światła. Taki napęd umożliwiłby dotarcie do Alpha Centauri w zaledwie 40 lat – to ogromny postęp w porównaniu z obecnymi technologiami. Praktyczne zastosowanie tej technologii otwiera również inne możliwości, takie jak szybsze podróże w obrębie Układu Słonecznego czy przesył energii ze Słońca na Księżyc. Załóżmy, że potrafimy rozpędzić do 10% prędkości światła cały statek kosmiczny i odbywa on podróż w dwie strony — do Alpha Centauri i z powrotem. Jak wyglądałaby kwestia dylatacji czasu? Im szybciej się poruszamy, tym wolniej płynie czas z perspektywy załogi statku w odniesieniu do obserwatora na Ziemi. W takich warunkach:
Podróż zajęłaby 29220 dni według czasu na Ziemi (około 80 lat). I tu robi się ciekawie, bo byłoby to 29073 dni według czasu na statku (około 79,6 roku). Różnica wynikająca z dylatacji czasu wynosiłaby około 146,5 dnia.
Relatywistyczne wiązki elektronów wykazują sporo zalet w porównaniu z tradycyjnymi metodami napędu. Po pierwsze, pozwalają na większy zasięg, który jest nawet 10 000 razy większy niż w przypadku żagli laserowych. Po drugie, są (nie uwzględniając kosztów ich opracowania i wdrożenia) bardziej ekonomiczne, ponieważ skala kosztów rośnie wraz z mocą, ale i tak zastosowanie elektronów może okazać się bardziej efektywne finansowo. Po trzecie, możliwość napędzania cięższych sond pozwala na wyposażenie ich w lepsze instrumenty. Co ze statkami? Skupmy się na razie na mniejszych obiektach, o większych pomyśli się potem.
Problemem jest niestety generowanie wiązki i jej utrzymanie w kosmosie, przekształcenie energii wiązki w napęd przy minimalnym wydzielaniu ciepła oraz przeprowadzenie eksperymentów potwierdzających założenia teoretyczne. Badacze mówią jednak, że napęd (raczej) zadziała.
Czytaj również: NASA szykuje helikopter z napędem atomowym. Wyśle go w kosmos
Nie ma co, w ostatnim czasie sporo czasu i zasobów poświęca się na rozwój technologii dedykowanych podbojom kosmosu. Do podróży międzygwiezdnej prędzej, czy później dojdzie — pytanie tylko "kiedy". Jakiś pomysł na pewno znajdzie tak szerokie uznanie, że zostanie zrealizowany i być może mamy do czynienia z taką właśnie ideą. Jeżeli wszystko się uda i będzie możliwe bezproblemowe wdrożenie pomysłu w życie — być może czeka nas złota era w badaniach przestrzeni kosmicznej. Oby tak było!
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
