Propulsiile alternative, SF-ul devenit realitate q9y7ym
Inca dinaintea lansarii primei rachete, oamenii de stiinta incearca sa gaseasca o sursa de propulsie care sa asigure calatoria in spatiu, la viteze rezonabil de mari, care sa permita calatorii interstelare. Pina la implinirea acestui deziderat, specialisti in cele mai varii domenii colaboreaza in cadrul citorva proiecte, menite fie a eficientiza felul in care functioneaza vehiculele spatiale existente, fie a deschide un nou drum, creind motoare cu totul noi si neconventionale. O trecere in revista succinta a acestor masini este suficienta pentru a constata progresele uriase realizate in domeniul sistemelor de propulsie.

Propulsia chimica avansata

Rachetele folosite in mod curent sint exploatate la maximum posibil, motiv pentru care specialistii Centrului NASA de Cercetare in domeniul Propulsiei analizeaza atent proprietatile unor noi combustibili. O parte din activitatea celor de la centrul Marshall priveste monocombustia (folosirea unui singur combustibil). Un sistem monocombustie ar reduce mult din complexitatea si greutatea unui vehicul, prin simplificarea felului in care se face stocarea si alimentarea. Monocombustibilii de azi, precum hidrazina, sint toxici si au un randament scazut. Crearea unor monocombustibili care nu sint toxici avind in acelasi timp si un randament superior, va imbunatati dramatic viteza, performanta si costul misiunilor spatiale viitoare. Un astfel de monocombustibil reprezinta o optiune viabila pentru sistemele orbitale curente care folosesc oxigen si hidrogen in stare lichida.

Carburanti de lux

Singurul combustibil non-criogenic folosit azi este un derivat de titei, kerosenul, care insa ofera un impuls inferior hidrogenului lichid. Centrul Marshall investigheaza alte hidrocarburi avansate care sa depaseasca performantele kerosenului. Un astfel de combustibil ar fi tetraciclanul, care are densitatea si randamentul mai mari. In colaborare cu laboratoarele armatei si aviatiei militare americane, specialistii NASA analizeaza comparativ hidrocarburile care au impulsuri specifice mai mari decit kerosenul. Acestea sint: tetraciclan, bi-ciclopropilidina, octadina, AFRL-1 (combustibil dezvoltat exclusiv de laboratoarele aviatiei militare a SUA) si dimetilaminoetilazida (DMAZ).

Motorul puls-detonare

Totodata, la Centrul Marshall se studiaza intens combustibilii stocati la inalta presiune, care sint indeobste sintetici si au proprietati insuficient cunoscute. Un alt proiect analizat este cel al motorului cu ciclu combinat, puls-detonare, care ar putea fi folosit atit la zborurile orbitale, cit si la cele spatiale. Avantajul sau major este simplitatea. Acest motor nu are nevoie de turbopompe, pentru ca reactantii sint injectati in camera de ardere la joasa presiune (o atmosfera). Motorul puls-detonare are o proportie putere/greutate superioara actualelor motoare de racheta si este inca subiectul multor imbunatatiri. Impulsul sau specific este de 600 de secunde, adica de citeva ori mai mare decit al motoarelor cu hidrogen lichid (200 de secunde) sau cu hidrocarburi (maximum 120 de secunde).
Sistemele de propulsie cu plasma
Este un tip de propulsie care foloseste surse energetice deosebit de puternice si are potentialul de a revolutiona explorarea spatiala. Centrul Marshall se axeaza pe fuziunea atomica si pe crearea de motoare cu plasma de foarte mare putere, care sa asigure calatorii interplanetare rapide. In viitorul apropiat, acest tip de motoare vor functiona avind ca surse de alimentare celule fotovoltaice si reactoare nucleare, pentru a obtine un impuls specific de pina la 10.000 de secunde. Accentul se pune pe eficienta intregului ansamblu, din cauza constringerilor practice date de relatia masa/putere a surselor de alimentare. Astfel, pentru a fi viabile, motoarele cu plasma trebuie sa aiba o eficienta de peste 50 la suta, ceea ce va determina reducerea drastica a masei combustibilului si a timpului de calatorie, de unde si diminuarea masiva a costului de transport, socotit in kilogram pe kilometru parcurs. Din reactia de fuziune nucleara se produce o plasma extrem de fierbinte si conductoare, care poate fi manipulata magnetic astfel incit sa produca propulsie direct, fara etapele intermediare de convertire a energiei in electricitate, apoi de convertire a electricitatii in propulsie. Eliminarea celor doua etape duce la cresterea sporita a puterii si impulsului specifice ale motoarelor cu plasma.

Probleme de cost

Propulsia electrica este un domeniu de cercetare si dezvoltare vechi de peste 40 de ani. Desi in ultimii ani progresele s-au inregistrat in ritm accelerat, motorul cu plasma ramine inca in stadiu de proiect, atit din cauza limitarilor specifice mentionate (sursa energetica de peste 1 megawatt si eficienta de peste 50a), cit si a reducerilor bugetare. Pe de alta parte, efortul de obtinere a fuziunii nucleare controlate este facut si in directia exploatarii energetice terestre a acesteia, prin intermediul unor centrale care sa produca electricitate la un cost cel putin egal, daca nu mai mic, in raport cu cea obtinuta cu tehnologiile curente (fisiune nucleara, termo si hidrocentrale). Cele doua domenii sint intrucitva diferite (ciclu deschis pentru propulsie spatiala si inchis pentru centralele terestre), dar o buna parte a tehnologiei implicate este comuna. Citeva solutii viabile de fuziune nucleara in ciclu deschis exista deja, iar un pret mai mare al kilowattului poate fi acceptabil pentru calatoriile spatiale, motiv pentru care se poate spune ca propulsia cu plasma este mult mai avansata decit cercetarile vizind construirea centralelor atomoelectrice cu fuziune.

Motoare atomice

Pe linga fuziune, fizicienii NASA analizeaza si potentiala folosire a fisiunii, antimateriei si altor concepte de propulsie care sa intre in functiune exclusiv in spatiu. Fisionarea unei bucati de uraniu mare cit o cutie de bauturi racoritoare (0,33 l) produce de 50 de ori mai multa energie decit rachetele externe folosite la lansarea navetelor spatiale americane. Sisteme de propulsie cu fisiune exista deja, dar ele nu pot fi folosite decit pe orbita, din cauza emisiilor radioactive care ar fi extrem de nocive in atmosfera. Astfel incit cel putin una dintre variantele studiate, numite generic SAFE (Safe Affordable Fission Engine), prevede alimentarea in spatiu a motoarelor cu fisiune si lansarea prin mijloace clasice a navelor dotate cu ele. Reactia de anihilare materie/antimaterie ofera cea mai mare emisie energetica pe unitate de masa din toate reactiile cunoscute fizicii contemporane, ceea ce ar face-o candidata perfecta pentru propulsia spatiala a viitorului. Echivalentul intregii cantitati de combustibil din rezervoarele exterioare ale navetei spatiale (750 de tone de hidrogen si oxigen lichid) este de numai 42 de miligrame (0,6 centimetri cubi) de antiprotoni. Dar pina la realizarea unui astfel de motor, ca al navei “Enterprise” din “Star Trek”, cercetatorii au de rezolvat citeva mari probleme, intre care crearea si/sau stocarea antimateriei sau controlarea procesului de anihilare.

Motoare fara combustibil
Implica de departe cele mai ne-conventionale si mai controversate dintre solutii. Sistemele de propulsie care lasa la sol sursa de energie, in loc sa o care la bordul navei, ar oferi cele mai scazute costuri de transport, iar specialistii NASA se concen-treaza asupra a cel putin trei proiecte care nu folosesc combustibil conventional.

Propulsia cu laser

Primul este cel al navei ultrausoare cu laser (Laser Lightcraft), un vehicul strict utilitar (fara echipaj), destinat transportarii pe orbita inferioara a unor incarcaturi mici, la pretul de putin peste 100 de dolari per kilogram. Acest proiect, care se asteapta sa devina operational in aproximativ sase ani, mai poate fi folosit pentru asistenta in luarea de imagini de inalta definitie, securizarea comunicatiilor, pozitionare globala, cercetare atmosferica, avertizare. Prototipurile testate pina in prezent, in colaborare NASA-USAF-US Army, au zburat pina la altitudinea de 40 de metri, dar in stadiul final specialistii asteapta ca vehiculul sa zboare cu viteza Mach 5 (de cinci ori viteza sunetului) pina la aproximativ 30 de kilometri fata de sol.

Microundele, din cuptor, in motor

O “nava” asemanatoare, dar mai mare si capabila de transportarea oamenilor, foloseste drept “combustibil” microundele. Desi finalizarea acestui proiect este asteptata abia peste doua decenii, expertii NASA spun ca el va oferi un transport cel putin la fel de ieftin ca si vehiculul cu laser. In plus, sursa de microunde poate fi atit terestra, cit si spatiala. Conceptul se afla in plin proces de evaluare a fezabilitatii, ale carui prime rezultate par satisfacatoare. Testarea si analizarea structurala a proiectului urmeaza sa fie finalizate in aprilie 2003.

Liftul spatial

Al treilea proiect vizeaza crearea unui “lift spatial”, care sa deserveasca atit misiunile comerciale (lansarea de sateliti) geosincrone, cit si pe cele interplanetare. Un cablu electrodinamic ar putea asigura calatorii dus-intors de la Pamint la Luna, fara combustibil, si ar reduce cu 80 de procente cantitatea de combustibil necesar trimiterii unei nave pe Marte.

Antigravitatia

Cel mai controversat proiect al NASA, despre care nu se cunosc multe detalii, este cel privind antigravitatia. Plecind de la experimentele facute de omul de stiinta rus Evgheni Podkletnov, care sustine ca a reusit sa reduca doua procente din masa unui obiect folosind un fenomen numit de el “electrogravitatie”, NASA s-a rezumat a admite doar ca are in desfasurare un Program de Fizica a Propulsiei Ultraavansate (Breakthrough Propulsion Physics Program - BPP) menit a explora posibilitatile de creare a unui sistem de propulsie care sa nu necesite combustibil. Electrogravitatia, cel putin in acest stadiu, nu ar constitui in sine un mijloc de propulsie, dar ar putea facilita mult lansarea de nave spatiale prin reducerea cantitatii de combustibil necesare.