Τρέξε, σκάφος, τρέξε!

Οι υπάρχουσες τεχνολογίες και τα συστήματα προώθησης διαστημικών σκαφών δεν μπορούν να υποστηρίξουν πλέον τα ολοένα και πιο φιλόδοξα σχέδια του ανθρώπου για την εξερεύνηση του Διαστήματος. Γι’ αυτό και οι επιστήμονες έχουν ριχτεί στη μάχη της ανάπτυξης νέων τεχνολογιών και συστημάτων που θα επιτρέπουν στα διαστημικά σκάφη (επανδρωμένα ή μη) να αναπτύσσουν πολύ μεγάλες ταχύτητες αλλά και να έχουν πολύ μεγάλη αυτονομία. Ετσι θα μπορούν να καλύπτουν μεγάλες αποστάσεις γρήγορα αλλά και να παραμένουν για πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα… εν πλω.

Μια πραγματικά επαναστατική τεχνολογία δοκιμάζουν μηχανικοί της NASA. Πρόκειται για μια τεχνολογία που θα επιτρέψει στα διαστημόπλοια να αναπτύσσουν την περίφημη «ταχύτητα δίνης» (warp speed) που χρησιμοποιούσε το σκάφος Enterprise στη θρυλική σειρά επιστημονικής φαντασίας «Star Trek». Οταν το Enterprise χρησιμοποιούσε την ταχύτητα δίνης μπορούσε να μετακινείται από γαλαξία σε γαλαξία σε χρόνο dt.

Αν και η ταχύτητα του φωτός θεωρείται, από τον Αϊνστάιν και μετά, το ανώτατο όριο ταχύτητας, το 1994 ένας μεξικανός φυσικός, ο Μιγκέλ Αλκουμπιέρε, παρουσίασε μια θεωρία σχετικά με το πώς μπορούν να επιτευχθούν ταχύτητες μεγαλύτερες από αυτή του φωτός χωρίς να παρουσιάζεται κάποια αντίθεση στις θεωρίες του Αϊνστάιν.

Κλειδί της θεωρίας του Αλκουμπιέρε ήταν η «τιθάσευση» της διαστολής και της συστολής του Διαστήματος. Ενα διαστημόπλοιο δεν θα ξεπερνούσε την ταχύτητα του φωτός σε μια περιοχή του Διαστήματος, αλλά ένα υποθετικό σύστημα προώθησης θα μπορούσε να επέμβει στον χωροχρόνο δημιουργώντας μια «φούσκα», η οποία θα διαστέλλει το Διάστημα από τη μία κατεύθυνση, ενώ θα το συστέλλει από την άλλη. «Με αυτόν τον τρόπο το διαστημόπλοιο θα απομακρυνθεί από τη Γη και θα κινηθεί προς ένα μακρινό άστρο χάρη στον ίδιο τον χωροχρόνο» είχε αναφέρει ο Αλκουμπιέρε.

Οπως έγινε γνωστό, ερευνητές της NASA πειραματίζονται με μια νέα τεχνολογία. Εναν ηλεκτρομαγνητικό κινητήρα που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ώθηση χωρίς την παρουσία κάποιου καυσίμου. Ο κινητήρας ονομάζεται EMDrive και «πυρήνας» του είναι ένα κλωβός μέσα στον οποίο αναπηδούν μικροκύματα. Οι μηχανισμοί των άστρων παράγουν ενέργεια που με τη σειρά της παρέχει ηλεκτρισμό για τα μικροκύματα. Οι ειδικοί όμως υποστήριζαν μέχρι σήμερα ότι αυτό το φαινόμενο δεν μπορεί να επιτευχθεί στις συνθήκες του διαστημικού κενού.

Σύμφωνα με τη NASA, οι δοκιμές του EMDdrive δείχνουν ότι δεν είναι άπιαστο όνειρο η κατασκευή ενός σκάφους που θα μπορεί να πιάνει ταχύτητες δίνης. Αναφέρουν μάλιστα πως από τις δοκιμές προκύπτει ότι μπορεί να κατασκευαστεί ένας κινητήρας που θα επιτρέπει σε ένα σκάφος να μεταφέρει επιβάτες και φορτία στη Σελήνη σε μόλις 4 ώρες ενώ θα μπορεί να κάνει το ταξίδι στο Αλφα του Κενταύρου (που με τη σημερινή τεχνολογία απαιτεί ταξίδι χιλιάδων ετών) σε περίπου εκατό έτη.

Ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια (Σάντα Μπάρμπαρα) αναπτύσσουν μια επαναστατική τεχνολογία πρόωσης στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος Directed Energy Interstellar Precursors (Deep-In). To πρόγραμμα στοχεύει στην κατασκευή διαστημικών σκαφών που θα μπορούν να ταξιδεύουν με τρομερές ταχύτητες στο Διάστημα ώστε να μπορούν να φτάνουν σε πολύ μακρινούς προορισμούς σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Οι ερευνητές πειραματίζονται με ένα σύστημα που ονομάζεται «φωτονική αεριώθηση» το οποίο βασίζεται στην χρήση συστοιχιών λέιζερ τα οποία στην ουσία θα αντικαθιστούν τα «παραδοσιακά» καύσιμα που χρησιμοποιούνται σήμερα στα διαστημόπλοια. Ως γνωστόν οι σημερινοί τύποι καυσίμων πρώτον αυξάνουν σημαντικά το βάρος των διαστημοπλοίων ενώ φυσικά κάποια στιγμή εξαντλούνται. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το φως των λέιζερ μπορεί να εξασφαλίσει την απαραίτητη ώθηση σε διαστημικά σκάφη ώστε αυτά να καλύπτουν τεράστιες αποστάσεις σε χρόνο dt.

«Οι φωτονικοί κινητήρες βασίζονται στην εκπομπή ενός ρεύματος φωτονίων με σκοπό να εκμεταλλευτούν την ώση την οποία αναπτύσσουν εξ αντίδρασης. Η ώση γίνεται υπολογίσιμη εξαιτίας της πάρα πολύ υψηλής ταχύτητας με την οποία τα εκπεμπόμενα φωτόνια μπορούν να κινηθούν. Ο τύπος αυτός κινητήρα εξασφαλίζει λειτουργία για απεριόριστο χρόνο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο στο διαστημικό κενό όπου δεν υπάρχουν τριβές» αναφέρει ο δρ Κωνσταντίνος Γ. Κολοβός, χημικός μηχανικός ΕΜΠ, σε μελέτη του για τους κινητήρες πυραύλων και τα προωθητικά πυραυλικών συστημάτων που πραγματοποίησε για το Ελληνικό Κέντρο Ελέγχου Οπλων «ΑΘΗΝΑ».

Οι αμερικανοί ερευνητές αναπτύσσουν μια τεχνολογία φωτονικής αεριώθησης την οποία προορίζουν για χρήση σε μίνι διαστάσεων διαστημικά σκάφη. Αν τα καταφέρουν θα ανοίξει ο δρόμος για την ανάπτυξη ανάλογων συστημάτων για διαστημόπλοια που θα μπορούν να μεταφέρουν και ανθρώπους. Οι ειδικοί εκτιμούν ότι ένα σκάφος που θα κινείται με φωτονική αεριώθηση θα μπορεί να ταξιδέψει στον Αρη σε μόλις 72 ώρες! Με την υπάρχουσα τεχνολογία το ταξίδι στον Κόκκινο Πλανήτη διαρκεί έξι μήνες.

Από το 2005 μια εταιρεία στο Τέξας, η Ad Astra Rocket Company of Webster, έχει δουλέψει για να τελειοποιήσει έναν τύπο κινητήρα που λέγεται VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket). Αυτός ο τύπος πυραύλου χρησιμοποιεί ραδιοκύματα για τη θέρμανση του ευγενούς αερίου αργόν, μετατρέποντάς το σε ένα καυτό πλάσμα –μια κατάσταση κατά την οποία τα ηλεκτρόνια δεν δεσμεύονται πλέον από τους ατομικούς πυρήνες. Μαγνητικά πεδία τότε εκτοξεύουν υπέρθερμο πλάσμα από το πίσω μέρος του κινητήρα, δημιουργώντας μια ώση προς την αντίθετη κατεύθυνση. Το μοντέλο αυτό του πυραύλου εκτοξεύει τα καύσιμα με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα από ό,τι οι συμβατικοί κινητήρες, με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται τεράστια επιτάχυνση. Η NASA αποφάσισε να δώσει στην εταιρεία δέκα εκατομμύρια δολάρια για να ολοκληρώσει την κατασκευή του κινητήρα. Αν ο κινητήρας αυτός κατασκευαστεί και αποδειχθεί λειτουργικός, τότε τα ταξίδια στο Διάστημα θα γίνονται με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα από ό,τι σήμερα. Σύμφωνα με τους ειδικούς,ένα σκάφος που θα διέθετε αυτόν τον κινητήρα θα μπορούσε να κάνει το ταξίδι από τη Γη στον Αρη σε μόλις 39 ημέρες.

Τα διαστημόπλοια, οι δορυφόροι, τα τηλεσκόπια και γενικότερα όλα τα αντικείμενα με προορισμό το Διάστημα ξεκινούν από τη Γη «δεμένα» σε πυραύλους που τα οδηγούν στα όρια της ατμόσφαιρας όπου και τα απελευθερώνουν είτε για να τεθούν σε τροχιά είτε για να συνεχίσουν το ταξίδι τους. Η NASA έδωσε στη δημοσιότητα σχέδια και λεπτομέρειες ενός νέου σούπερ πυραύλου προώθησης. Ενας τέτοιος πύραυλος θα μπορεί να μεταφέρει πολύ μεγάλο φορτίο ανοίγοντας νέους δρόμους στη διαστημική εξερεύνηση.

Η NASA ονόμασε το νέο σύστημα προώθησης SLS (Space Launch System –Διαστημικό Σύστημα Εκτόξευσης) και ανακοίνωσε ότι η κατασκευή του έχει ήδη ξεκινήσει. Πρωταγωνιστής είναι ένας τεράστιος πύραυλος, ο μεγαλύτερος που έχει κατασκευαστεί ποτέ. Ο πύραυλος αυτός θα είναι ύψους 128 μέτρων και βάρους τριών εκατομμυρίων κιλών. Σύμφωνα με τη NASA οι πρώτες δοκιμές του πυραύλου θα ξεκινήσουν το 2017 και στόχος είναι να μπορεί να μεταφέρει φορτίο 130 τόνων.

Αυτό σημαίνει ότι θα μπορεί να μεταφέρει μεγάλα διαστημικά σκάφη τα οποία θα μπορούν να πραγματοποιήσουν μακρινά ταξίδια. Θα μπορεί, για παράδειγμα, να μεταφέρει ένα σκάφος επανδρωμένης αποστολής στον Αρη ή ένα μεγάλο σκάφος που θα ταξιδέψει ακόμη και εκτός του ηλιακού μας συστήματος. Θα έχει επίσης τη δυνατότητα να μεταφέρει μεγάλες δομές, όπως π.χ ολόκληρα κομμάτια βάσεων για τη Σελήνη.

Η NASA χρηματοδοτεί έρευνες για την κατασκευή διαστημικών σκαφών που θα κινούνται με ηλιακή ενέργεια. Μια από αυτές είναι το Ηλιακό Ηλεκτρικό Σύστημα Πρόωσης (SEP), μια επαναστατική τεχνολογία στην οποία ποντάρει η αμερικανική υπηρεσία για το μέλλον της διαστημικής εξερεύνησης. Η ανάπτυξη διαστημικών σκαφών που κινούνται με ηλιακή ενέργεια κρίνεται ως απολύτως απαραίτητη για τη συνέχιση της διαστημικής εξερεύνησης και ειδικότερα για την οργάνωση μεγάλης διάρκειας ή απομακρυσμένων αποστολών. Οι υπάρχουσες τεχνολογίες ηλιακής ενέργειας για διαστημικές εφαρμογές δεν είναι τόσο αποδοτικές ώστε να χρησιμοποιηθούν για την κίνηση διαστημοπλοίων χωρίς την παράλληλη παρουσία και συμβατικών καυσίμων.

Η NASA επιθυμεί να χρησιμοποιήσει κάποια τεχνολογία ηλιακής ενέργειας σε μια φιλόδοξη αποστολή και πιο συγκεκριμένα στην «αρπαγή» ενός μικρού αστεροειδούς και στην τοποθέτησή του σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη.

Αν το εγχείρημα στεφθεί με επιτυχία θα οργανωθεί μια επανδρωμένη αποστολή μελέτης του αστεροειδούς. Αν αναπτυχθεί μια αποτελεσματική, αποδοτική ηλιακή τεχνολογία, η NASA σκέφτεται να τη χρησιμοποιήσει και σε μια επανδρωμένη αποστολή στον Αρη.