Još otkako je čovjek naučio pretvoriti vatru u potisak, svemirski letovi slijede isti princip: ispali masu unatrag, i Newtonov treći zakon odgurne te naprijed. Taj jednostavan, ali neumoljiv zakon fizike prati raketnu tehnologiju od samih početaka. Kada je Konstantin Ciolkovski 1903. formulirao slavnu jednadžbu koja povezuje masu goriva i brzinu, postavio je granicu koju raketni inženjeri osjećaju i danas: što više goriva poneseš, to si teži, i treba ti još više goriva da bi krenuo. Taj beskonačni paradoks pretvorio je međuzvjezdana putovanja u san koji fizika zasad čvrsto drži na uzdi.
Ali što ako bi svemirska letjelica mogla putovati bez ijedne kapi goriva? Upravo to pitanje stoji u središtu novog znanstvenog rada, koji razmatra različite metode pogona bez goriva. Umjesto da nose svoj pogonski materijal, takve letjelice koriste prirodne sile i vanjske izvore energije, otvarajući mogućnost misija koje bi s današnjim raketama bile potpuno nedostižne.
Kako iskoristiti gravitaciju i svjetlost
Najstariji oblik pogona bez goriva već desetljećima koriste svemirske sonde, gravitacijski manevar. Precizno planiranim prolaskom pored planeta, letjelica može “ukrasti” djelić njegove orbitalne energije i iskoristiti ga za dodatno ubrzanje. Upravo su tako sonde Voyager 1 i Voyager 2 uspjele obići sve vanjske planete Sunčeva sustava, bez ijedne dodatne kapljice goriva. No gravitacijski manevri imaju svoja ograničenja: zahtijevaju točno određene položaje planeta i strogo vremensko usklađivanje, zbog čega su takve prilike rijetke, a putanje često nefleksibilne.
Druga mogućnost su sunčeva jedra, golemi, iznimno tanki reflektirajući filmovi koji koriste pritisak sunčeva zračenja. Kada fotoni udare u površinu jedra, prenose mu malen impuls i tako stvaraju stalni potisak. Japanska sonda IKAROS 2010. godine pokazala je da se ovim principom može letjeti do Venere koristeći isključivo svjetlost Sunca. Sunčeva jedra ne troše gorivo, ali zahtijevaju ogromne, krhke strukture koje moraju preživjeti godine izloženosti zračenju i mikrometeoritima. Što se letjelica više udaljava od Sunca, učinak jedra naglo slabi, jer fotonski tlak opada s kvadratom udaljenosti.
Magnetska i električna jedra: korak dalje
Sličan princip, ali s drukčijim izvorom potiska, primjenjuju magnetska jedra. Umjesto da iskorištavaju svjetlost, ona koriste Sunčev vjetar, stalni tok nabijenih čestica koji struji iz Sunca. Letjelica pomoću supervodljivih zavojnica stvara snažno magnetsko polje koje odbija te čestice, stvarajući potisak bez trošenja goriva. Teoretski, takav sustav mogao bi postići veće ubrzanje od sunčevih jedara, a pritom ne bi propadao s vremenom jer ne ovisi o tankom reflektirajućem materijalu. Problem je, međutim, u razmjerima: da bi proizvelo dovoljno jako magnetsko polje, jedro bi trebalo imati promjer i do 50 kilometara, a zavojnice bi morale stalno biti ohlađene na kriogene temperature. Takva tehnologija zasad postoji samo u teoriji.
Još lakša varijanta su električna jedra, koja koriste duga, nabijena vlakna umjesto magnetskih polja. Ona odbijaju protone Sunčeva vjetra, stvarajući potisak bez goriva. Električna jedra bila bi jednostavnija i jeftinija od magnetnih, ali i dalje zahtijevaju kilometarski duge, iznimno tanke žice te stabilan izvor električne energije za održavanje naboja.
Potraga za savršenim pogonom
vaka od ovih metoda nosi svoje prednosti, ali i ozbiljna ograničenja. Gravitacijski manevri već su dokazani u praksi, no ovise o rijetkim orbitalnim usklađenostima. Sunčeva jedra pružaju stalan, ali slab potisak i zahtijevaju goleme, osjetljive konstrukcije. Magnetska i električna jedra obećavaju dugoročnu izdržljivost, no njihova tehnologija tek čeka da postane stvarnost.
Uz njih, postoji i niz drugih prijedloga koji se nalaze na granici teorije i inženjerske mašte, od laserskih fotonskih jedara, koja bi pogon dobivala iz snopova svjetlosti sa Zemlje, preko plazmenih i ionskih valnih pogona, pa sve do eksperimentalnih koncepata poput EM Drivea ili čak “warp” pogona koji bi manipulirali prostor-vremenom. Većina tih ideja zasad postoji samo u računalnim modelima ili laboratorijskim simulacijama, ali pokazuju koliko su granice fizike rastezljive kad mašta i tehnologija surađuju.
Ovaj znanstveni rad jasno pokazuje da ne postoji jedno, univerzalno rješenje. Ipak, zajedno, svi ti pristupi predstavljaju duboku promjenu u načinu na koji zamišljamo budućnost istraživanja svemira. U doba kada svaka kap goriva ograničava domet naših letjelica, odustajanje od goriva možda neće biti luksuz, nego nužnost. A kad čovječanstvo jednom doista krene prema zvijezdama, prvi korak mogao bi biti onaj u kojem iza sebe ne ostavlja ništa osim trag svjetlosti.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
