Ze Země na Mars za měsíc a půl. To si od své technologie slibuje tým výzkumníků z McGillovy univerzity v Montrealu. Vzhledem k tomu, že vzdálenost mezi těmito dvěma vesmírnými tělesy se průměrně pohybuje okolo hodnoty 225 milionů kilometrů (nejblíže k sobě obě planety měly v roce 2003, kdy vzdálenost činila pouhých 56 milionů kilometrů), je to docela rychlovka. Pro srovnání, New Horizon, nejrychlejší družice, kterou lidstvo dosud sestavilo, letí rychlostí 58 tisíc kilometrů za hodinu a k rudé planetě by se dostala za 162 dní (při maximálním přiblížení obou těles za devětatřicet).
NASA i Čínská vesmírná agentura, které s misí na Mars už počítají jako s plánem na následující dekádu, si na cestu šetří šest až devět měsíců. Vědci obvykle plánují start na jedno z dat, kdy planety stojí v opozici, a tedy jsou k sobě nejblíže. To nastává jednou za 26 měsíců. I kdyby se ale v tento moment použil jaderně-tepelný nebo jaderně-elektrický pohon, zabere cesta celých sto dní. Nebo snad ne?
Tým fyziků z kanadské univerzity je přesvědčen, že tomu tak nutně být nemusí. Stačí jen, aby se k podobným meziplanetárním výletům použila ta správná technologie. Vědcům vyšlo, že kdyby vodíkové palivo rakety zahřívaly lasery, tak by se doba cesty na Mars – možná – mohla zkrátit na 45 dní.
Výzkum vedl Emmanuel Duplay, absolvent McGilla a současný student vesmírného a leteckého inženýrství na nizozemské Technické univerzitě v Delftu. Připojil se k němu docent Andrew Higgins a několik dalších výzkumných pracovníků z katedry strojního inženýrství, která je součástí montrealského institutu. Výslednou studii následně předložili časopisu Astronomy & Astronomy.
Přes překážky ke hvězdám
Pohon fungující na základě řízené energie se mezi vědci obecně těší velkému zájmu. NASA projekty na toto téma financuje od roku 2009 a vidí v nich velký potenciál pro mezihvězdné mise. Stovky a tisíce let potřebné k doletu na sousední hvězdné systémy by totiž tyto technologie mohly zkrátit na pár dekád. Avšak zatímco ostatní pokusy míří doslova k samotným hvězdám, Duplay a spol. se soustředí v uvozovkách jen na meziplanetární využití tohoto systému.
„Náš tým motivoval koncept využívající řízenou energii k pohonu světelné plachty mezi hvězdami. Zajímalo nás, jak by mohla být stejná laserová technologie použita pro rychlý přelet ve Sluneční soustavě, což bude snad v bližším časovém horizontu odrazový můstek, kde budeme moci tuto technologii demonstrovat,“ uvedl Duplay pro web Universe Today.
Možná použití pohonu řízenou energií se zkoumají i v dalších oblastech dobývání vesmíru, jež zahrnují například přenos energie do kosmických lodí na trvale zastíněných stanovištích, komunikaci a obranu proti asteroidům. NASA zároveň ve spolupráci s Kalifornskou univerzitou v Santa Barbaře a Massachusettským technologickým institutem (MIT) tvoří zatím teoretický model laserové rakety na elektřinu. Ta by byla pokryta fotovoltaickými panely a pohon pro iontový motor by si sama cestou vyráběla. Tato myšlenka se podobá nukleárnímu elektrickému pohonu, kde laserové pole nahrazuje jaderný reaktor.
Duplay z těchto konceptů vychází, ale upravil si je. „My také používáme fázovaný laser, ale pomocí mnohem intenzivnějšího paprsku ohříváme pohonnou hmotu napřímo, jako by to byl parní kotlík,“ vysvětluje vědec. „To umožňuje kosmické lodi náhle zrychlit, zatímco je stále blízko Země, takže laser se nemusí soustředit tak daleko do vesmíru,“ dodává. Věří, že stejný laserový pohon může tým využít i k odtažení ,boosteru‘, který hlavní raketu z oběžné dráhy ,hodí‘ směrem k Marsu, zpět na Zem. Pak by se mohl rychleji recyklovat pro další start.
Papírové modely
Raketa s laserově tepelným motorem se podle Duplaye bude skládat z optických laserových vláken, jež budou dohromady fungovat jako jediný optický prvek, a nafukovací struktury, která maximálně zaostří paprsek ve chvíli, kdy dorazí do motoru. Samozřejmostí je extrémně odolný plášť, který se nerozbije, až sebou stroj praští o marťanský povrch. Na rudé planetě totiž žádné laserové pole, jež by loď zpomalilo, ani moře, kam by mohla přistát, není.
„Nafukovací reflektor je u zařízení s řízenou energií klíčový. Je navržen tak, aby na stejné jednotce plochy udržel vyšší výkon laseru než fotovoltaický panel. Díky tomu je naše mise teoreticky proveditelná, i když použijeme skromné laserové pole ve srovnání s plachtou,“ uvedl výzkumník. Pro opravdu velmi dlouhé mezihvězdné lety je pak hlavním přínosem systému skutečnost, že mu nevadí vystavení radiaci a mikrogravitaci.
Tedy alespoň to tvrdí teorie – Duplay totiž přiznává, že mnoho technologií potřebných pro stavbu rakety ještě neprošlo testy v praxi. Největší výzvu bude podle něj představovat žhavící komora plná vodíku. „Uvnitř bude plynný vodík zahřátý laserem na téměř 10 tisíc stupňů. Venkovní stěny ale musíme udržet chladné. Naše modely ukazují, že technicky to provést lze, ale nemůžeme to vyzkoušet, protože jsme dosud nedokázali vyrobit lasery o výkonu 100 MW,“ říká fyzik.
Podobně jsou na tom mnohé další technologie zahrnuté v konceptu rakety. I ty zatím existují pouze a jen na papíře. Vědci se však nevzdávají hlavně kvůli tomu, kolik zdravotních a logistických potíží by zkrácení cesty na Mars mohlo ušetřit. Navíc – a to už je velmi vzdálená hypotetická budoucnost – rychlý tranzit mezi Zemí a Marsem usnadní vybudování meziplanetární infrastruktury, která by byla jakýmsi mezistupněm k trvalému osídlení rudé planety.
