Nye motorer sætter turbo på: Rejs til Mars på 45 dage

Står det til NASA, kan vi skære rejsetiderne i Solsystemet endnu mere ned.

Derfor har organisationen skudt penge i udviklingen af tre motorer, der kan accelerere vores rumfartøjer til hidtil usete hastigheder.

Vi vil kunne nå til Mars på blot 45 dage. Og hvor det fx tog Voyager 1-sonden 35 år at nå til grænsen af Solsystemet som vores første fartøj, vil de nye motorer kunne nå derud på få år.

Vi kan kort fortalt få motorkraft nok til at erobre hele Solsystemet. Det kræver blot spaltningen af nogle atomer – og en præcis laser.

Rejsetiden er for lang

Et rumfartøj kan kun flyve så hurtigt, som dets brændstof tillader. Det flydende brændstof, som vi bruger i dag, er tungt at have med på en rummission og kan kun accelerere et rumfartøj i kort tid, før det er brugt op.

Det betyder fx, at en rejse til Mars kun er realistisk at foretage ca. hver 26. måned, hvor de to planeters kredsløb følges tættest ad.

Hvis man også vil tage den hurtigste rute hjem, kræver det 496 døgns ophold på den røde planet.

Og det er kun Mars, vores naboplanet. Vil vi rejse længere ud i Solsystemet, skal rejsetiderne tælles i adskillige år – og sågar årtier.

Vi har kort fortalt brug for motorer, der kan give vores rumfartøjer mere fart på.

Skildpadden overhaler haren

En traditionel raket fyrer en stor mængde brændstof af i ét hug og må slukke motoren efter få minutter.

En atomdrevet raket accelererer langsommere, men kan opretholde accelerationen over meget længere tid og dermed nå op på en højere hastighed.

De to mest etablerede atomteknologier til rumfartøjer er brint og ioner.

I en atomdrevet brintmotor bruges energien fra spaltning af atomer til at opvarme brintgas, som sendes ud af en dyse og dermed skaber fremdrift.

I en ionmotor producerer rakettens reaktor strøm, som bruges til at rive elektroner af atomerne i en xenongas. Derefter dirigeres de positivt ladede atomkerner ud gennem udstødningsdysen.

NASA er ved at konstruere raketten DRACO, som kombinerer de to motortyper, og den vil ifølge ingeniørernes beregninger kunne nå til Mars på 100 dage – altså mere end dobbelt så hurtigt som i dag.

Men ambitionerne går endnu videre med to helt nye atommotorer.

Spaltede atomer kan erobre Solsystemet

NASA’s program NASA Innovative Advanced Concepts Program (NIAC) udvælger de rumfartsteknologier, som viser det allerstørste potentiale for fremtiden.

I den seneste udvælgelsesrunde har tre nye rumfartsmotorer fået penge til at blive udviklet.

Den første, designet af forskeren Ryan Gosse fra University of Florida, er en atomdrevet motor, som kombinerer brint- og ionteknologi ligesom DRACO.

Gosses nybrud er at udstyre brintdelen af motoren med en såkaldt bølgerotor. Rotoren bliver drevet rundt af trykket fra brintgas på vej ind i motoren, og omdrejningsmomentet bliver udnyttet til at accelerere gassen, der er på vej ud af udstødningen, yderligere.

Ifølge Gosse vil et fartøj med hans rotordesign kunne nå til Mars på blot 45 dage, ca. fem gange hurtigere end i dag.

Den anden atommotor, som NASA har skudt penge i, springer et led over sammenlignet med brint- og ionmotorer.

Når et stort atom spaltes til to mindre atomer i motorens atomreaktor, skydes de to mindre atomkerner simpelthen direkte ud gennem rakettens udstødning – i stedet for at bruge energien på at opvarme en gas eller rive ioner fri fra atomer.

Udfordringen i denne type motor er især at opbevare atombrændstoffet, fx plutonium-239. Forskeren bag designet, Ryan Weed, har den kreative løsning at gemme brændstoffet i gelématerialet aerogel, som består af 99 procent tomt rum og derfor har et stort lagringsvolumen ift. dets størrelse.

Weeds atomraket kan potentielt flyve helt op mod 200 gange hurtigere end nutidens raketter.

Derfor kan den fx nå ud til Neptun på blot et år – en rejse, der i dag tager årtier – og det kan åbne hele Solsystemet op for bemandede rumrejser.

Teleskop kan finde fjerne planeter

Hvis de revolutionerende motorer bliver til virkelighed, kan de muliggøre et af astronomernes største ønsker: det ultimative rumteleskop, der skal udnytte Solen som en linse og tage detaljerede billeder af fjerne exoplaneter.

Rumteleskopet fungerer som en lup, hvor en buet linse bøjer lyset og forstørrer billedet.

Sådan et teleskop skal udnytte, at Solens enorme masse krummer rummet omkring stjernen, så lyset fra en bagvedliggende planet bøjes uden om Solen og danner en ring af lys omkring den. Teleskopet skal så omsætte lysringen til et billede, der fx vil kunne vise bjerge, floder og have på planeter, som er op til 100 lysår borte.

Rumteleskopet skal sendes helt ud af Solsystemet – mindst 550 gange afstanden mellem Jorden og Solen – for at kunne se lysringen.

Den rejse vil tage mindst et århundrede med nutidens raketter. Men med atommotoren, som udnytter aerogel til at dirigere spaltede atomer ud af udstødningen, kan turen fx klares på kun 15 år.

Laser kan sende os til andre solsystemer

Hvor atommotorer allerede er et velkendt koncept, som skal videreudvikles, har NASA også skudt penge i udviklingen af et fuldstændigt nybrud: fremdrift, som slet ikke stammer fra rumfartøjet selv.

Artur Davoyan fra University of California har udviklet et koncept, som begynder med at sende et rumfartøj afsted og derefter sender en målskive i hælene på fartøjet. Herefter skydes kraftige laserpulser fra Jorden afsted mod skiven.

Hver puls river små klumper af atomer fri fra skivens overflade. De mikroskopiske partikelklumper suser afsted i samme retning som laserpulserne og rammer dermed bagsiden af rumfartøjet.

De mange små skub accelererer det op til så høje hastigheder, at det kan nå ud til positionen for et solteleskop på 15 år ligesom Ryan Weeds atomraket.

Men laser-klump-fremdriften har potentiale til endnu længere missioner – til kanten af Solsystemet og videre endnu.

Artur Davoyan nævner fx selv muligheden for en såkaldt interstellar forløber-mission, en rejse med det formål at kortlægge rummet på Solsystemets grænse – og ude på den anden side.

Sådan en mission udgør de vigtige indledende forberedelser til missioner, der fx skal flyve helt til vores nabostjerne Proxima Centauri og lede efter livstegn på stjernens planeter.

De tre nye teknologier er tidligt i udviklingen, men hvis de bliver installeret i fremtidens rumfartøjer, kan vi ikke blot kolonisere Mars og erobre hele Solsystemet, men også tillade os at drømme om andre solsystemer.