Kodoltējkannā uz Marsu!
Publicēts: 27.06.2012
Ceļazīme uz Marsu un tālākiem galapunktiem varētu slēpties kodolsintēzes reakcijās, kad ar magnētisku impulsu palīdzību no īpaša sāls veidotās "ripās" viens pret otru tiek triekti atomi. Vienkārši sakot, ceļojums kodoltējkanā!
Alabamas universitātes speciālisti drīz būs pabeiguši īpašu sistēmu, lai pārliecinātos, vai viņi var pārvērst niecīgu daudzumu šī sāls zvaigznes sirdī.
"Mēs cenšamies izstrādāt nelielu, vieglu pulsa tipa kodolsintēzes sistēmu tālajām kosmosa misijām," skaidroja doktors Džeisons Kesibrijs. "Ja tas izdosies, mēs varētu sasniegt Marsu sešās līdz astoņās nedēļās nevis sešos līdz astoņos mēnešos."
Šī mērķa īstenošanai Kesibrijs un viņa vadītā komanda izmantos litija un ūdeņraža atomu kodolsintēzi, cerot pārvērst nelielu daļu to masas tīrā enerģijā.
Litija deiterīda (LH2) "ripas" ir aptuveni 5 centimetrus platas un 2,5 centimetrus biezas. Šis savienojums apvieno vieglāko metālu ar visvieglākā elementa vidējā smaguma komponenti.
Kodolsintēze ir Saules kodolā notiekošs process, kad četri ūdeņraža atomi apvienojas, izveidojot vienu hēlija atomu. Neliela daļa matērijas pārveidojas tīrā enerģijā. Alabamas universitātes eksperiments sāksies šī cikla vidusdaļā, kad smagais ūdeņradis kombinējas viens ar otru vai ar litiju (šī nav tipiska Saules enerģijas cikla daļa). Apvienot kodolus nav viegli. Tikpat reāli ir izšaut divas skrotis augšup pa Everesta nogāzēm, lai tās saskrietos kalna virsotnē.
Lai realizētu tikšanos, arvien augošā Kesibrija komanda, kurā šobrīd piedalās arī kompānijas Boeing Co., NASA Māršala Kosmisko lidojumu centra un citu institūciju speciālisti, izmantos Dekādes Moduli 2 (DM2), kas 1990. gados bija paredzēts ASV Aizsardzības departamenta ieroču testēšanas vajadzībām.
Gluži kā zibspuldzē, DM2 sastāvā ir kondensātori, kuri uzkrāj lādiņu un atbrīvo to pēc pieprasījuma. Elektriskais lādiņš trieks litija un ūdeņraža atomus vienu pret otru, pārveidojot nelielu daļu masas enerģijā.
"Enerģijas daudzums ir līdzvērtīgs aptuveni 20% no visā pasaulē saražotā apjoma, kas ieslēgts nelielā zibens šautrā, kas nav lielāka par jūsu pirkstu," teica Kesibrijs. "Tas ir neizmērojams enerģijas apjoms nelielā laika periodā, simtajā miljardajā daļā sekundes."
Plazmas un kodolreakciju blakusproduktu savstarpējā reakcija palīdzēs noskaidrot, vai pulsa tipa kodolsintēzes teorija ir pareiza. Viena no lielākajām neskaidrībām ir, vai no atomiem atrautie elektroni spēs aiznest prom pietiekami daudz siltuma.
"Vispirms mums jāpārbauda koncepcija, jāsalīdzina modeļi ar reālajiem mērījumiem," piebilda zinātnieks. "Kad būsim izpratuši procesu, mēs varēsim ekstrapolēt rezultātus, lai saprastu, ko darīt, lai sasniegtu punktu, kad šīs enerģijas izmantošana kļūtu enerģētiski izdevīga."
Kodolsintēzes izpētes "svētais grāls" ir pastāvīga, kontrolējama sistēma, kurā tiek saražots vairāk enerģijas nekā patērēts. Tā ir "Saule pudelē".
Ja projekts izdosies, tiks izveidota sistēma, kurā notiks litija-deiterija kodolsintēzes reakcijas un elektromagnētiskais lauks tiks izmantots kā sprausla, pret kuru trieksies izplūdes strūkla. Lauks daļēji absorbēs izdalīto enerģiju, kuru varēs izmantot sistēmas darbināšanai.
Protams, tas nav nekas revulucionārs. Tas vēl nav hipertelpas dzinējs vai tārpejas ģenerātors. Savā būtībā kodolsintēzes dzinējs tāpat kā jebkurš ķīmiskās degvielas dzinējs ir lidojoša tējkanna. Auksta matērija ieplūst, saņem savu enerģijas devu un karstā gāze izplūst.
Strādājošā kodolsintēzes impulsu dzinējā, reakcijas notiktu aptuveni 10 reizes sekundē, saražojot aptuveni 10 000 Ņūtonu lielu spēku. Tie ir nieka 2% no vilkmes, kuru varēja sasniegt ASV vairākkārt izmantojamo kosmosa kuģu galvenais dzinējs. Kosmosa kuģī, kas sver vairākus simtus tonnu, apkalpe šos grūdienus praktiski nejustu.
"Jūs nelidosiet, piekalti pie kabīnes aizmugurējās sienas," piebilda Kesibrijs.
Atšķirībā no vairākkārt izmantojamajiem kosmosa kuģiem, šie dzinēji nevarēs atraut kosmosa kuģi no Zemes, nedz arī iztērēs visu degvielu +/- 10 minūtēs. Tie darbosies nedēļām ilgi, lai ātri attālinātos no Zemes orbītas un dotos uz citu planētu. Dažas nedēļas tie lidos ar maksimālo ātrumu, lai pēc tam nedēļu vai divas nobremzētu un ieietu orbītā ap izvēlēto planētu. Ne mazāk interesants šī dzinēja pielietojums varētu būt asteroīdu stumdīšana.
Samazinot lidojuma ilgumu līdz Marsam, atrisinātos daudzas problēmas. Piemēram, pārlieku ilga astronautu pakļaušana radiācijai, mikrogravitācijas apstākļiem, kā arī samazinātos līdzi ņemamās pārtikas un citu resursu apjomi.
Ja Kesibrija komandas ideja izrādīsies dzīvotspējīga, Marsa ceļojumam nepieciešamais degvielas apjoms būs mērāms nevis tonnās, bet kilogramos.
Ideja ir interesanta un kodolsintēzes savaldīšana noderētu ne tikai kosmosa izpētē. Tā kā veiksmi puišiem un meitenēm no Kesibrija projekta!
The University of Alabama in Huntsville
Komentāri
rupucis tieši 27.06.2012 domāja šādi:
Labi, ka zinātnieks cenšas reklamēt savu darbu. No otras puses, lai vispirms uztaisa kodoltermisko spēkstaciju uz Zemes. Marsam pilnīgi pietiek ar esošajām tehnoloģijām, tikai jābūvē liela raķete - tāda kā Falcon 9 Heavy. Prioritātes jāsaliek pareizi - šaurais posms ir liela raķete, nevis eksotiski dzinēji. Taču katrs reklamē to, ar ko nodarbojas, un tas ir normāli.
Nelabojams tieši 27.06.2012 domāja šādi:
Izskatās, ka ir bijušas zināmas grūtības ar tulkošanu vai arī oriģinālrakstā materiāls bijis ļoti primitivizēts. Bet nu info interesanta.
rupucim: impulsrežīms ir realizējams nesalīdzināmi vienkāršāk, jo nav jāpārvar galvenā problēma, kāpēc kodoltermiskās spēkstacijas vēl nav ikdiena - sintēzes plazmas nestabilitāte un reaktora (it īpaši, t.s. blanketa - zonas, kur radiācijas enerģija transformējas siltumenerģijā) noturība pret ilgstošu un intensīvu gamma un neitronu starojumu. Tāpēc izraudzītais ceļš ir pilnīgi loģisks un neprasa vārda tiešā nozīmē šaušalīgi masīvus tehniskos risinājumus. Turklāt tas var visos aspektos (konstrukcijas izmaksas, paša ceļojuma izmaksas) izrādīties arī ievērojami lētāks, nekā ķīmisko raķešu risinājums.
P.s. Savulaik esmu strādājis pie sintēzes reaktora potenciālo materiālu izpētes, tā ka mazliet pazīstu drēbi.
asgard tieši 28.06.2012 domāja šādi:
Izklausās kaut kas līdzīgs paņēmienam kur kodolsintēzes reakciju grib aizdedzināt ar lāzeriem superuzkarsējot mazu kodolsintēzes degvielas porrciju tikai tur tā lāzeru iekārta milzīga un pārāk smaga lai to izmantotu kosmosa kuģī.
Ja izdosies tad princips gan jau ka noderēs arī kodoltermiskajos reaktoros uz Zemes.
cydonia tieši 28.06.2012 domāja šādi:
imho, militāristi šo pētīja 90tajos, bet atmeta kā nerealizējamu.
tomēr ir cilvēki, kas turpina pie tā domāt...
http://www.icarusinterstellar.org/papers/ASPW2010-Z-Pinch(RAdams).pdf
rupucis tieši 29.06.2012 domāja šādi:
Kodoltermiskais risinājums jebkurā gadījumā izskatās smagāks par ķīmisko raķeti vai jonu dzinēju ar Saules baterijām. Un tas ir, ja izdosies iegūt vairāk elektriskās jaudas nekā patērē kodoldegvielas spridzināšanai. Pēdējais apstāklis ir vienlīdz svarīgs gan kuģī, gan uz cietzemes. Pagaidām tas nav nodemonstrēts, lai arī nav šaubu, ka lielā mērogā ir tehniski iespējams. Kopsavilkums: kodoltermiskās raķetes būs ļoti milzīgas, un nav teikts, ka efektīvākas par Sauli + jonu dzinēju. Secinājums: tās būs izdevīgas lidojumos tur, kur Saule ir pārāk tāla un vāja. Tas nav Marsa gadījums.
asgard tieši 29.06.2012 domāja šādi:
Teorētiski kodoltermiskajai raķetei var būt ļoti augsts gāzu izplūdes ātrums ap 35 000 km/s, kas jau ir pietiekoši lidojumam uz tuvākajām zvaigznēm. Lielāks izplūdes ātrums var būt tikai antimatērijas dzinējam.
Jonu dzinējam trūkums, ka liela ātruma sasniegšana prasa ilgu laiku, kodoltermiskajai raķetei teorētiksi var būt gan liela vilkme gan arī liels specifiskais impulss, ja vien izdomā kā panākt lai reaktora konstrukcija nesakūst.
rupucis tieši 30.06.2012 domāja šādi:
Jonu dzinējiem arī var iestādīt jebkādu izplūdes ātrumu - kaut vai tuvu gaismas ātrumam. Taču, pieaugot specifiskajam impulsam, samazinās vilces spēks uz kilovatu jaudas. Īstā problēma ir dabūt šos kilovatus. Ja kodoltermiskais dzinējs kopā ar visu elektrisko sistēmu var dot vairāk kilovatus uz kilogramu nekā Saules baterijas + jonu dzinējs, tad priekšroka kodoltermiskajam. Taču tuvāk Saulei ir izdevīgākas Saules baterijas + jonu dzinējs. Kur ir šī robeža - atkarīgs no abu veidu dzinēju (kodoltermiskā un jonu) attīstības. Mans viedoklis, ka robeža varētu būt kaut kur pie Jupitera.