Nye motorer gir full gass: Reis til Mars på 45 dager
Hvis vi vil kolonisere Mars og utforske hele solsystemet, trenger vi kraftigere raketter. Nå kommer Nasa heldigvis snart med nye motorer som takket være kjernekraft og laser kan kutte kraftig i reisetidene i verdensrommet.
En romrakett letter fra jorden.
Til å begynne med ser det ut som en vanlig oppskyting, men så snart romfartøyet kobler seg løs, skjer det noe helt nytt: En atomreaktor begynner å spalte atomer, og energiutladningen akselererer fartøyet i retning av Mars.
Tidligere har det tatt 210 dager å komme seg til den røde planeten, men nå tar reisen bare 100 dager.
Den første flyvningen med det nye, atomdrevne fartøyet skal etter planen finne sted i 2027.
Men det er bare begynnelsen.
Hvis det er opp til Nasa, kan vi forkorte reisetidene i solsystemet enda mer.
Derfor har organisasjonen investert i utviklingen av tre motorer som kan akselerere romfartøyene våre til hastigheter vi aldri har sett før.
Vi kan komme oss til Mars på bare 45 dager. Og mens det tok for eksempel Voyager 1-sonden 35 år å komme ut til yttergrensen av solsystemet, vil de nye motorene kunne tilbakelegge samme distanse på noen få år.
Vi kan kort fortalt få nok motorkraft til å erobre hele solsystemet. Det krever bare spaltingen av noen atomer – og en presis laser.
Reisetiden er for lang
Et romfartøy kan bare fly så raskt som drivstoffet tillater. Det flytende drivstoffet vi bruker i dag, er tungt å ha med seg på en romferd og kan bare akselerere et romfartøy i en kort periode før det er brukt opp.
Det betyr for eksempel at en reise til Mars bare er realistisk om lag hver 26. måned, når de to planetenes baner står gunstig i forhold til hverandre.
Hvis man vil ta den raskeste ruten hjem, krever det et 496 døgn langt opphold på den røde planeten.
Og nå snakker vi bare om Mars, naboplaneten vår. Vil vi reise lenger ut i solsystemet, blir reisetidene mange år – og til og med tiår.
Vi har kort fortalt bruk for motorer som kan gi romfartøyene våre mer fart.
Skilpadden passerer haren
En tradisjonell rakett bruker en stor mengde drivstoff og må skru av motoren etter noen få minutter.
En atomdrevet rakett akselererer saktere, men kan opprettholde akselerasjonen over mye lengre tid og dermed nå en høyere hastighet.
Nasa samarbeider med det amerikanske forsvarets utviklingsavdeling om raketten DRACO, som ved hjelp av kjernekraft skal dra til Mars på bare 100 dager – en tur som i dag tar 210 dager.
De to mest etablerte atomteknologiene for romfartøyer er hydrogen og ioner.
I en atomdrevet hydrogenmotor brukes energien fra spalting av atomer til å varme opp hydrogengass som sendes ut av en dyse og dermed skaper framdrift.
I en ionmotor produserer rakettens reaktor strøm som brukes til å rive elektroner fra atomene i en xenongass. Deretter styres atomkjernene, som nå har positiv ladning, ut gjennom dysen.
Nasa holder på å konstruere raketten DRACO, som kombinerer de to motortypene, og den vil ifølge ingeniørenes beregninger kunne dra til Mars på hundre dager – mer enn dobbelt så raskt som i dag.
5 ganger så raskt kan vi komme oss til Mars med en ny rakettmotor som Nasa nylig har gitt penger til.
Men Nasa har enda større planer for to helt nye atommotorer.
Spaltede atomer kan erobre solsystemet
Programmet NASA Innovative Advanced Concepts Program (NIAC) velger ut de romfartsteknologiene som viser størst potensial.
I den siste utvalgsrunden har tre nye motorer fått penger til utvikling.
Den første, utviklet av forskeren Ryan Gosse ved universitetet i Florida, er en atomdrevet motor som kombinerer hydrogen- og ionteknologi, akkurat som DRACO.
Det nye her er at man utstyrer hydrogendelen av motoren med en såkalt bølgerotor. Rotoren blir drevet av trykket fra hydrogengassen på vei inn i motoren, og dreiemomentet blir utnyttet til å akselerere gassen enda mer.
Ifølge Gosse vil et fartøy bygd på dette prinsippet kunne dra til Mars på bare 45 dager, om lag fem ganger så raskt som i dag.
Den andre atommotoren som Nasa har investert i, hopper over et ledd sammenlignet med hydrogen- og ionmotorer.
Når et stort atom spaltes til to mindre atomer i reaktoren, skytes de to mindre atomkjernene rett og slett rett ut av raketten – i stedet for å bruke energien til å varme opp en gass eller rive løs elektroner.
Utfordringen med denne typen motor er særlig å oppbevare atomdrivstoffet, for eksempel plutonium-239. Forskeren som står bak motoren, Ryan Weed, har en kreativ løsning: å lagre drivstoffet i gelématerialet aerogel, som består av 99 prosent tomrom og derfor har et stort lagringsvolum i forhold til størrelsen.
Nye motorer kutter reisetiden
I dag tar det mange måneder og år å dra på romreiser. Men nå kan tre nye typer motorer gi romfartøyer langt mer fart og bringe oss helt til solsystemets yttergrense innen overskuelig framtid.
1: Mars-base blir mer aktuell
Med en ny rakettmotor som bruker kjernekraft og introduserer en såkalt bølgerotor, kan vi kutte reisetiden til Mars fra 210 til bare 45 dager. Motoren kan dermed framskynde etableringen av en base på Mars.
2: Atommotor gjør solteleskop mulig
Solens tyngdekraft kan brukes som en linse for fokusere lyset fra eksoplaneter, men for å fange opp lyset må et romteleskop sendes 82 milliarder kilometer unna. Det ville i dag ta opp mot hundre år, men en ny atommotor kan kutte reisetiden til 15 år.
3: Fartøy sendes mot andre solsystemer
Et fartøy som skyves fram av små klumper av atomer, kan dra opp til ti ganger så langt som Voyager-sondene – i løpet av noen få tiår. Der kan fartøyet samle inn data og dermed forberede et oppdrag på for eksempel nabostjernen vår, Proxima Centauri.
Weeds atomrakett kan fly helt opp mot 200 ganger så raskt som dagens raketter.
Dermed kan den for eksempel komme seg til Neptun på bare et år – en reise som i dag tar tiår – og det kan åpne opp hele solsystemet for bemannede romreiser.
Teleskop kan finne fjerne planeter
Hvis de revolusjonerende motorene blir virkelighet, kan de legge til rette for et av astronomenes største ønsker: et romteleskop som bruker selve solen som linse for å ta detaljerte bilder av fjerne eksoplaneter.
Romteleskopet fungerer som et forstørrelsesglass.
Et teleskop skal utnytte at solens enorme masse krummer verdensrommet rundt stjernen slik at lyset fra en bakenforliggende planet bøyes rundt solen og danner en ring av lys rundt den. Teleskopet skal omsette lysringen til et bilde som for eksempel kan vise fjell, elver og hav på planeter som er opptil hundre lysår unna.
Et teleskop utenfor solsystemet kan bruke solen som linse fordi massen krummer verdensrommet og samler lyset fra eksoplaneter som kanskje kan se ut som jorden.
Romteleskopet må sendes helt ut av solsystemet – minst 550 ganger avstanden mellom jorden og solen – for å kunne se lysringen.
Den reisen vil ta minst et århundre med dagens raketter. Men med atommotoren som bruker aerogel og slynger spaltede atomer ut av fartøyet, kan turen utføres på bare 15 år.
Laser kan sende oss til andre solsystemer
Mens atommotorer allerede er et velkjent prinsipp som skal videreutvikles, har Nasa også investert i utviklingen av noe helt nytt: framdrift som ikke stammer fra romfartøyet selv.
Artur Davoyan ved universitetet i California har utviklet et konsept der man begynner med å skyte opp et romfartøy og deretter sender en målskive i kjølvannet av det. Deretter skytes kraftige laserpulser fra jorden mot skiven.
200 ganger så mye som en tradisjonell rakettmotor – så mye akselerasjon kan en ny atommotor gi et romfartøy.
Hver puls river små klumper av atomer løs fra skivens overflate. De mikroskopiske partikkelklumpene suser av sted i samme retning som laserlyset og treffer dermed baksiden av romfartøyet.
Alle de små dyttene gir det så høy hastighet at det kan nå posisjonen til solteleskopet på 15 år, akkurat som Ryan Weeds atomrakett.
Men laserframdriften har potensial til enda lengre oppdrag – til yttergrensen av solsystemet og lenger.
Tre motorer kan revolusjonere romfarten
1: Atomrakett med rotor øker farten
En atomreaktor produserer energi som genererer en strøm av både ioner og hydrogen. Hydrogenet passerer en såkalt bølgerotor som akselererer gassen enda mer før den sendes ut. Farten firedobles i forhold til en tradisjonell rakettmotor.
2: Atomspaltning skaper akselerasjon
Atomdrivstoff som for eksempel plutonium-239 oppbevares i aerogel som nesten bare består av hulrom. Atomene spaltes og føres ut gjennom en dyse av en superledende magnet. Det kan gi en 200 ganger så høy akselerasjon som en tradisjonell rakett.
3: Laser treffer fartøy med kuler
Laserstråler fra jorden treffer en skive i verdensrommet. Små klumper av atomer blir revet av skiven og dunker inn i baksiden av et romfartøy som akselererer til om lag 500 000 km/t. Apollo 11-mannskapet fløy for eksempel i «bare» 40 000 km/t.
Artur Davoyan nevner selv muligheten for et såkalt interstellart forløperoppdrag, en reise for å kartlegge verdensrommet utenfor solsystemet.
Et oppdrag av den typen utgjør de innledende forberedelsene til en reise helt til nabostjernen vår, Proxima Centauri, der vi kan lete etter livstegn på fremmede planeter.
De tre nye teknologiene er ikke ferdige, men hvis de blir installert i framtidens romfartøy, kan vi ikke bare kolonisere Mars og erobre hele solsystemet, men også drømme om andre solsystemer.