Put do Marsa danas traje dovoljno dugo da svaka misija s ljudskom posadom postane utrka protiv zračenja, mikrogravitacije i ograničenih zaliha. NASA zato sve ozbiljnije ulaže u nuklearni pogon, tehnologiju koja bi putovanje prema Crvenom planetu mogla skratiti s više od šest mjeseci na tri do četiri mjeseca. Prvi veliki test mogao bi stići već krajem 2028., kroz misiju SR-1 Freedom.
Ako taj rok ostane na snazi, SR-1 Freedom bio bi jedan od najvažnijih NASA-inih tehnoloških testova prije budućih ljudskih misija prema Marsu. Kako objašnjava Domenico Vicinanza, izvanredni profesor inteligentnih sustava i podatkovne znanosti na Sveučilištu Anglia Ruskin, cilj nije samo poslati još jednu letjelicu prema drugom planetu, nego pokazati da nuklearna energija može dugo i pouzdano pokretati svemirsku letjelicu daleko od Zemlje.
Mars nije predaleko, nego je putovanje predugo
Kemijske rakete i dalje su nezamjenjive za polijetanje sa Zemlje. Njihova je snaga golema, pouzdane su i dobro poznate, ali cijena je masa. Raketa mora ponijeti i gorivo i oksidans koji omogućuje izgaranje, pa velik dio sustava pri lansiranju nije korisni teret, nego pogonsko sredstvo.
Kod kratkih misija to je prihvatljivo. Kod Marsa postaje ozbiljno ograničenje. Što je put dulji, potrebno je više zaliha, složeniji sustavi za život, veća zaštita i pažljivije planiranje povratka. Svaki dodatni mjesec u dubokom svemiru povećava izloženost kozmičkom zračenju i produljuje boravak u mikrogravitaciji, gdje ljudsko tijelo gubi mišićnu i koštanu masu.
Zato se Mars u tehnološkom smislu ne svodi samo na udaljenost. Problem je trajanje putovanja. Ako se let prema Marsu može znatno skratiti, mijenja se cijela logika misije: manje vremena u opasnom okolišu, manje opterećenje sustava za održavanje života i veća mogućnost da posada reagira ako se plan mora promijeniti.
Dva nuklearna pogona, dvije različite uloge
NASA u svemirskom nuklearnom pogonu vidi dva različita puta. Jedan je nuklearni termalni pogon, namijenjen bržem putovanju s većim potiskom. Drugi je nuklearni električni pogon, sporiji na početku, ali iznimno učinkovit na dugim udaljenostima.
Kod nuklearnog termalnog pogona reaktor oslobađa toplinu fisijom uranija. Ta se toplina ne koristi za proizvodnju električne energije, nego izravno za zagrijavanje pogonskog plina. U najčešće opisanoj izvedbi kroz jezgru reaktora prolazi tekući vodik, koji se naglo zagrijava, širi i velikom brzinom izlazi kroz mlaznicu. Letjelica tada dobiva potisak bez klasičnog kemijskog izgaranja.
Takav sustav mogao bi biti posebno važan za misije s ljudskom posadom. Kraći let prema Marsu znači manje vremena izloženosti kozmičkom zračenju i manje mjeseci provedenih u mikrogravitaciji. To nije sitna prednost, nego jedno od ključnih pitanja sigurnosti budućih astronauta.
Druga važna prednost bila bi veća sloboda u planiranju misije. Letovi prema Marsu ovise o položaju Zemlje i Marsa, a povoljni uvjeti ponavljaju se otprilike svake dvije godine. Snažniji i učinkovitiji pogon mogao bi smanjiti ovisnost o tako uskim prozorima za lansiranje i dati posadi više mogućnosti ako se misija mora promijeniti ili prekinuti.
Nuklearni električni pogon ima drukčiju logiku. Reaktor proizvodi električnu energiju, a ona pokreće električne motore koji ubrzavaju nabijene čestice, primjerice ione ksenona. Potisak je malen, ali može trajati mjesecima ili godinama. U dubokom svemiru to je golema prednost, jer se i slab, ali neprekidan potisak s vremenom pretvara u veliku promjenu brzine.
Zbog toga nuklearni električni pogon nije najbolji kandidat za brz prijevoz astronauta, nego za teret koji može putovati sporije. Nastambe, roveri, hrana, oprema za održavanje života i drugi teški sustavi mogli bi krenuti prema Marsu mjesecima prije posade. Ljude bi zatim trebalo poslati bržim pogonom, dok bi ih ključna oprema već čekala na odredištu.
SR-1 Freedom: NASA-in test za kraj 2028.
Na toj se ideji temelji misija SR-1 Freedom, nuklearno-električna letjelica koju NASA želi lansirati u prosincu 2028. godine. Ako taj plan uspije, bila bi to prva međuplanetarna letjelica s nuklearnim pogonom.
Zadaća misije nije odmah otvoriti put ljudima prema Marsu, nego provjeriti može li nuklearna energija u dubokom svemiru služiti kao dugotrajan i učinkovit pogonski sustav. Letjelica bi do Marsa putovala približno godinu dana. Nakon dolaska trebala bi izbaciti Skyfall, skupinu malih helikopterskih dronova namijenjenih istraživanju površine Marsa.
Za NASA-u bi SR-1 Freedom bio mnogo više od jednog tehnološkog pokusa. Misija bi mogla pokazati kako se fisijski reaktor, električni pogon, sustavi hlađenja, zaštita i upravljanje letjelicom mogu povezati u cjelinu koja stvarno radi izvan Zemljine orbite. Takav bi let otvorio prostor za novu generaciju svemirskih sustava na nuklearnu energiju.
U tome je i najveća težina misije. Nuklearni pogon u svemiru nije samo pitanje motora, nego sigurnosti, dozvola, proizvodnje, testiranja i spremnosti da se fisijski sustav ponovno pošalje s američkog tla u svemir. Sjedinjene Države dosad su u orbitu poslale samo jedan fisijski reaktor, SNAP-10A, još 1965. godine.
Zato SR-1 Freedom ne bi bio rutinska misija. Bio bi povratak tehnologiji koja već desetljećima stoji na neobičnom mjestu: dovoljno stvarna da je inženjeri ozbiljno razvijaju, ali još nedovoljno dokazana da postane dio redovitih međuplanetarnih misija
Najteži dio nije fizika, nego letjelica koja mora raditi
Fizika nuklearnog pogona nije nova. Najteži dio nije dokazati da je takav pogon moguć, nego izgraditi letjelicu koja ga može sigurno koristiti, proći sve provjere i poletjeti u zadanom roku.
Kod nuklearno-električne letjelice nijedan ključni sustav ne može se promatrati odvojeno. Reaktor mora proizvoditi energiju, zaštita mora ograničiti zračenje, sustavi hlađenja moraju odvoditi toplinu, a električni motori moraju pouzdano raditi mjesecima. Uz to dolaze radijatori, pretvorba energije, upravljanje letjelicom i zaštita od kvarova.
Na papiru se ti sustavi mogu opisati zasebno. U stvarnoj letjelici oni postaju jedna cjelina. Toplina iz reaktora ne smije ugroziti osjetljive komponente. Električni pogon mora ostati stabilan tijekom dugog putovanja. Kvar na jednom dijelu sustava može otvoriti probleme koji se vide tek kada je sve spojeno u letjelicu spremnu za duboki svemir.
Zbog toga je rok za 2028. vrlo ambiciozan. Misija takve složenosti obično traži godine projektiranja, integracije, testiranja i sigurnosnih procjena. SR-1 Freedom morao bi u kratkom vremenu povezati tehnologije koje su se dugo razvijale odvojeno i pretvoriti ih u sustav spreman za međuplanetarni let.
Uspjeh misije ne bi uklonio sve prepreke na putu prema Marsu. Nuklearni pogon ne rješava radijaciju, mikrogravitaciju, slijetanje na Mars ni dugotrajan boravak na drugom planetu. Ipak, mogao bi promijeniti jedno od najvećih ograničenja: vrijeme koje ljudi i teret moraju provesti na putu kroz duboki svemir.
Za Mars bi to bila velika promjena. Crveni planet ne bi postao blizak, ali bi put do njega prvi put mogao manje ovisiti o kemijskim raketama i njihovim ograničenjima.
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.
