Izvor: Brian McGowan/Unsplash
Putovanje u svemir moglo bi trajati kraće nego ikad s novim dizajnom plazma potisnika razvijenim u američkom Ministarstvu energetike.
Fatima Ebrahimi, fizičarka iz Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) pri Ministarstvu energetike SAD-a (DOE) dizajnirala je plazma potisnik koji će vjerojatno omogućiti putovanje svemirom mnogo brže od bilo koje druge postojeće tehnologije.
Brzo i učinkovito svemirsko putovanje ima potencijal pogurati čovječanstvo prema boljoj budućnosti. Mogu postojati daleko udaljeni planeti, resursi, pa čak i oblici života koji mogu donijeti drastičnu promjenu u našem znanju, razumijevanju i načinu života. Postoje velike šanse da bi, ako se pokaže uspješnim, novi dizajn Ebrahimija plazma potisnika mogao promijeniti dinamiku svemirskog putovanja.
Princip koji stoji iza Ebrahimijevog dizajna plazma potisnika
Podrijetlo Ebrahimijevog koncepta plazma potisnika počelo je u nekim prethodnim eksperimentima povezanim s fuzijskim uređajima u obliku krafne poznatim kao tokamaci, koje su proveli istraživači u Laboratoriju za fiziku plazme Princeton.
Godine 1999. PPPL je u suradnji sa Sveučilištem Columbia, Nacionalnim laboratorijem Oak Ridge i Sveučilištem Washington stvorio Nacionalni sferni torusni eksperiment (NSTX), uređaj za magnetsku fuziju temeljen na konceptu tokamaka. Uređaj je od tada nadograđen kako bi postao NSTX-U (nadogradnja) projekt.
Svrha NSTX-a je razviti put prema korištenju fuzijske energije kao izdašnog, sigurnog, pristupačnog i ekološki prihvatljivog načina proizvodnje električne energije. NSTX uređaj koristi novu sferičnu strukturu u obliku torusa za stvaranje magnetskog polja, koje se koristi za sadržavanje vrućeg ioniziranog plina, nazvanog plazma, potrebnog za izazivanje reakcije fuzije.
Buduće fuzijske elektrane koristit će plazmu koja se sastoji od mješavine deuterija i tricija, koja bi prolazila kroz reakcije fuzije za proizvodnju helija, uz veliko oslobađanje energije. Da bi se to postiglo potrebno je održavati dovoljnu temperaturu i tlak u plazmi dok oblikovano magnetsko polje osigurava izolaciju.
Teoretski, sferični oblik torusa omogućit će održavanje tlaka plazme potrebnog za proizvodnju samoodržive fuzije uz nižu jakost magnetskog polja. Budući da će trošak fuzijske elektrane rasti s jačinom njenog magnetskog polja, niža jakost magnetskog polja za ograničenje plazme mogla bi dovesti do ekonomičnih fuzijskih elektrana.
U intervjuu, Ebrahimi je otkrila da je promatrala sličnosti između ispušnih plinova automobila i čestica ispušnih plinova velike brzine proizvedenih PPPL-ovim nacionalnim sfernim torusnim eksperimentom te shvatila da kada radi, uređaj tokamak može stvarati mjehuriće plazme (plazmoide) koji putuju nevjerojatnom brzinom brzine od oko 44730 milja na sat (20 km/sek).
Ovo otkriće navelo je Ebrahimiju da smisli novi dizajn plazma potisnika, koji koristi energiju magnetskog polja za stvaranje velikog potiska. Kasnije je ovaj koncept detaljno objavila u Journal of Plasma Physics.
Razlike između postojeće tehnologije putovanja u svemir i Ebrahimijinog dizajna
Postoji nekoliko razlika između Ebrahimijinog koncepta i drugih prijedloga. Prvi je da dizajn omogućuje povećanje ili smanjenje brzine promjenom jakosti magnetskog polja. Trenutačni plazma potisnici koji koriste električna polja mogu proizvesti samo male specifične impulse ili brzine.
Novi potisnik bi koristio izbacivanje i čestica plazme i plazmoida da proizvede kretanje. Ebrahimijin koncept je jedinstven po svojoj ugradnji plazmoida, koji bi dodali snagu pogonu.
Osim toga, dok se trenutni koncepti potisnika oslanjaju na električna polja i teške plinove napravljene od atoma poput ksenona, magnetska polja u Ebrahimijevom konceptu omogućila bi da se plazma unutar potisnika sastoji od gotovo bilo koje vrste plina. To bi stvorilo veću fleksibilnost i omogućilo više varijacija u količini potiska.
Trenutačno će svemirsko putovanje čak do najbližeg planeta, Marsa, trajati oko sedam mjeseci. Trenutačni raketni motori generiraju nizak specifični impuls, što rezultira malom brzinom ispuha, pa je modernim svemirskim brodovima potrebno vrijeme da ubrzaju.
Ebrahimijin plazmoidni potisnik bio bi učinkovitiji od sadašnjih koncepata, dijelom zbog upotrebe elektromagneta za podešavanje potiska. Dizajn bi omogućio astronautima da po potrebi povećaju ili smanje brzinu svoje rakete.
Računalne simulacije Ebrahimijinog dizajna plazma potisnika pokazale su da on može isporučiti brzinu ispuha 10 puta veću od potisnika koji se trenutno koriste. Iz istog razloga, ovaj magnetski plazma potisnik sada se također smatra učinkovitim sredstvom za slanje ljudi na Mars.
Očekivani učinci brže tehnologije putovanja u svemir
Brža svemirska putovanja ne samo da bi nam omogućila da posjetimo udaljenije zvijezde i galaksije, već bi nam vjerojatno omogućila i više znanstvenih spoznaja, resursa, a možda čak i ekonomski razvoj. Postoji mnogo načina na koje se može utjecati na čovječanstvo:
- Učinkovita tehnologija plazma potisnika poput one koju je predložio fizičar iz DOE-a može značajno smanjiti troškove svemirskih misija jer bi s bržim raketnim motorima svemirske misije bile kraće. Troškovi goriva, logistike itd. drastično bi se smanjili sa smanjenim vremenom putovanja. Stoga bi svemirski i međuplanetarni prijevoz mogao postati izvediviji nego ikad prije.
- Smanjenje vremena putovanja smanjuje broj vremena u kojem bi astronauti bili izloženi opasnom kozmičkom zračenju koje prožima svaku svemirsku letjelicu. Dakle, plazma potisnik koji nudi veliku brzinu može smanjiti razne zdravstvene rizike povezane s programima letova ljudi u svemir, a na kraju bi također potaknuo svemirske agencije da provode više svemirskih misija s ljudskim putnicima u njima.
- Brže istraživanje svemira moglo bi potaknuti ljudsku potragu za vanzemaljskim životom, više svemirskih programa moglo bi se pokrenuti u kratkom vremenskom razdoblju za istraživanje planeta unutar, a možda čak i izvan naše galaksije.
- Isključiva ovisnost o zemlji u pogledu resursa mogla bi prestati s dolaskom brže tehnologije putovanja u svemir. Zbog izvedivog i brzog međuplanetarnog putovanja, znanstvenici bi mogli proučavati i eksperimentirati na svim vrstama materije koje su im dostupne iz različitih dijelova svemira.
- Putovanje u svemir također bi moglo donijeti napredak u tehnologiji i istraživanju. Brža i izvediva tehnologija putovanja u svemir mogla bi dovesti do novih sektora i uskoro pretvoriti hipotetske koncepte poput svemirskog rudarenja u stvarnost.
Iako se tek treba dogoditi mnogo novih dostignuća u tehnologiji svemirskih putovanja, dr. Ebrahimi je optimistična u pogledu svog dizajna rekonektorskog plazmoidnog potisnika i nada se da će prvi prototip uskoro biti spreman.
Izvor/Autor: InterestingEngineering / Rupendra Brahambhatt
