Prima pagină Stiinta

Astronavele secolului XXI

Mihai Musatoiu 07.16.2007 | ● Vizualizări: 558
Astronavele secolului XXI     Astronave, NASA, calatorie in spatiu + zoom
Galerie foto (3)

Dupa dezastrul navetei Columbia, la inceputul anului trecut, cursa pentru cucerirea spatiului este gata sa reinceapa. Cele mai noi stiri care razbat dinspre birourile NASA spun ca agentia americana va trimite in cosmos o noua naveta cu echipaj uman nu mai tarziu de mijlocul lui 2005. Ramane de vazut daca termenul este sau nu realist, insa specialistii considera ca mai importante sunt noile tehnologii, care, odata puse la punct, ar putea rezolva probleme vechi de zeci de ani. Stingeti-va tigarile si puneti-va centurile de siguranta! Destinatia: cele mai noi si mai spectaculoase proiecte de astronave pentru secolul XXI!

Misiunea Spatiala a NASA (in fapt, numele oficial al tuturor misiunilor cu echipaj uman lansate de agentia ame­ri­cana) este pe cale sa isi reia zbo­rurile. Noile module ale Statiei Spatiale Internationale, care urmeaza sa fie asamblate pe SSI si sa desavarseasca Statia, sunt deja construite. Insa numai o naveta din cadrul Misiunii le poate transporta pe orbita. Data la care NASA va fi gata sa reia zborurile cu echipaj uman este inca incerta, dar toate infor­ma­tiile indica luna mai a anului viitor. Pana atunci, agentia va trebui sa inde­pli­neasca toate conditiile puse de comi­sia guvernamentala instituita dupa tra­gedia de la 1 februarie 2003, cand sapte astronauti au pierit in explozia navetei Columbia.

Conditiile prevad o secu­ri­zare drastica a acestor aparate – ceea ce nu se poate realiza decat prin im­­­­ple­mentarea unor noi tehnologii de zbor. Totusi, printre semne de intrebare si bugete nu foarte promitatoare, visul ome­nirii de a cuceri spatiul cosmic nu se opreste aici. Cosmonautul rus Alexei Leonov si-a intitulat un tablou pe care l-a pictat in spatiu Stelele ne asteapta. Dar cat timp ne vor mai astepta? Mostenire a veacului trecut, principala dilema ce trebuie solutionata de catre designerii si inginerii spatiali ai secolu­lui XXI este propulsia, mai exact motoa­rele vehiculelor spatiale ale viitorului. Pentru a incheia cu succes faza decolarii si a drumului catre orbita Pamantului, navetele au nevoie de o energie enorma, eliberata intr-un interval scurt de timp – un „branci“ gigantic menit a invinge forta de gravitatie terestra si rezistenta aerului.

Apoi, urmeaza calatoria spatiala adevarata, de pe orbita Terrei catre alte planete. Daca, pentru prima etapa, alterna­ti­vele avute la dispozitie, putine la nu­mar, sunt aproape aceleasi ca in secolul tre­cut – diverse motoare alimentate cu com­bustibili pe baza de substante chi­mice (singurele care pot furniza cantita­tea de energie necesara) –, pentru a doua etapa, specialistii au acum libertatea de a alege intre variante multiple si foarte diferite intre ele. Si stelele? Daca ne vom incapatana in visul nostru de a explora galaxia, vom avea de depasit o bariera aparent impo­sibil de trecut: viteza luminii. Va trebui deci sa inventam ceva cu totul nou, la limita sau dincolo de legile cunoscute ale fizicii. Un vis imposibil? Vom vedea.

Noile navete spatiale Mai mici, mai sigure si mai ieftine
Din cauza enormelor probleme tehnice si financiare pe care NASA le-a avut de infruntat de-a lungul timpului in construirea navetelor spatiale, americanii au ales o noua strategie. In noiembrie 2002, ei au decis ca este mai bine sa isi testeze ideile pe un alt tip de aparat, mai putin complex si de dimensiuni mai mici decat ale aparatelor care au dus greul misiunilor spatiale in ultimii 20 de ani. Mai supla decat Challenger, Atlantis sau Columbia, noua naveta se va numi Orbital Space Plane si va arata, fata de oricare dintre suratele sale mai varstnice, precum un automobil asezat langa un TIR. Suficient de incapatoare ca sa gazduiasca patru astronauti si o incarcatura rezonabila, OSP va fi lansata pe orbita de o racheta obisnuita. Primul zbor este prevazut pentru 2008.

PHOENIX decoleaza dinspre Europa
Batranul Continent se gandeste de asemenea la vehiculele spatiale ale viitorului. Agentia Spatiala Germana lucreaza de ani buni la proiectul Phoenix, de testare a tehnologiilor care vor sta la baza unui nou tip de naveta spatiala, cu sau fara echipaj. Din aceasta toamna, in proiectul Phoenix a inceput sa se implice cu fonduri si specialisti si Agentia Spatiala Europeana (ESA). „Au fost aprobate finantari care ne vor permite sa studiem generatia urmatoare de dispozitive de lansare“, spune Luisa Innocenti, coordonatoarea programului. Este vorba despre aparate care ar trebui sa inlocuiasca racheta Ariane V, incepand din 2013. ESA are o vasta experienta in domeniul rachetelor de unica folosinta, insa nu exceleaza in privinta aparatelor de zbor reutilizabile, de felul celor preferate de NASA. In aceasta directie vor merge fondurile si cercetarea ESA in urmatorul deceniu.

Citeste continuarea in pagina a 2a



 

 

SCRAMJET motorul care se alimenteaza singur
Un nou tip de reactor, Scramjet, este marea promisiune a viitorului. Spre deosebire de rachetele obisnuite, care trebuie sa poarte cu ele atat carburantul, cat si oxigenul necesar pentru a-l arde, Scramjet-ul preia oxigenul din aerul din jur, printr-o cavitate special prevazuta pentru aceasta operatiune. Sistemul functioneaza numai la viteze mari, asa ca Scramjet-ul trebuie lansat cu ajutorul unei rachete. Aparatul poate fi folosit numai atata timp cat in jur exista aer (deci nu si in spatiu), insa el poate oferi navetei o viteza initiala uriasa (in teorie, de pana la 30.000 km/h). Aflata inca in faza de testare, tehnologia echipeaza deocamdata doar avionul X43 (foto).

Propulsie cu IONI
Nu este o idee noua, insa nu a fost pusa niciodata in practica in ingineria spatiala, din cauza costurilor prea ridicate. In teo­rie, propulsia pe baza de ioni este demon­strata inca din 1972. Principiul de functio­nare pare destul de simplu: din atomii unei substante (de pilda, xenon) este eliberat cate un electron, care se incarca electric. Apoi, un puternic camp electrostatic acce­le­reaza miscarea atomilor si ii impinge, la vite­ze foarte mari, afara din comparti­men­tul motorului. Astfel, naveta este propulsata in directia opusa traiectoriei electronului. Pen­tru a obtine acest efect, este nevoie de mul­ta energie electrica, obtinuta in prezent cu ajutorul unor panouri solare; in viitor, vehi­cu­lele spatiale se vor folosi insa de minirea­c­toa­re nucleare. Avantajul propulsiei cu ioni este ca poate functiona neintrerupt vreme de mai multe luni, spun cercetatorii. Acest tip de propulsie este recomandat pentru tran­sportul in spatiu, dupa ce naveta a fost purtata pana pe orbita de catre o racheta obisnuita.

Voiaj interplanetar calare pe un reactor atomic
Dupa parerea multor specialisti, o astronava atomica este singura solutie, daca vrem sa exploram cu adevarat sistemul solar. Un minireactor atomic atasat unui vehicul spatial (solutie inca nepusa in practica, din pricina costurilor enorme) ar degaja suficient de multa energie pentru a propulsa o astronava cu oameni la bord intr-o calatorie de o luna pana pe Marte. Prin comparatie, unei navete inzestrate cu ultimele tehnologii de care dispunem astazi ii sunt necesare cel putin sase luni pentru un asemenea voiaj.

Principiul de functionare a astronavei cu minireactor spatial este identic cu acela dupa care functioneaza centralele nucleare terestre: un reactor atomic pe baza de fisiune produce o cantitate uriasa de caldura, care ridica presiunea unei substante (asa-zisa masa de reactie) pana cand aceasta este impinsa cu forta in afara camerei de ardere a motorului. In teorie, avand in vedere puterea sa fantastica, un astfel de dispozitiv ar putea fi folosit si pentru a ajuta navetele spatiale sa decoleze de pe suprafata Pamantului, facand astfel inutila prezenta rachetelor conventionale. Insa problema ramane foarte dificil de rezolvat, spun expertii ESA, mai ales din ratiuni ecologice.

Inca nu s-a gasit solutia gratie careia lansarea unei astfel de astronave sa nu aiba asupra mediului inconjurator impactul pe care l-ar avea detonarea unei bombe atomice. De mici dimensiuni, ce-i drept. Totusi, in luna ianuarie a anului trecut, NASA a anuntat reluarea a doua programe din anii ‘50 si ‘60 ai secolului trecut, Nerva si Orion, sub un nume nou – Prometheus. Proiectul are drept scop realizarea in premiera a unui motor atomic functional care sa nu provoace daune mediului.

Citeste continuarea in pagina a 3a

 

Solutia CATAPULTARII
Intr-o buna zi, totul ar putea sa semene cu un joc de copii, in care niste catapulte enor­me arunca astronavele de la o planeta la alta. In limbajul agentiilor spatiale, aceasta solutie poarta numele de sistem Tethered („cu lesa“ – doua vehicule spatiale aflate pe orbita sunt legate printr-un cablu). Cum functioneaza, teoretic, sistemul? De un sate­lit de mari dimensiuni aflat pe orbita Pa­man­­tului se leaga un cablu cu lungimi cu­prin­se intre 20 si 200 de kilometri. In timpul calatoriei sale pe orbita, satelitul se roteste in jurul propriei axe, in plan vertical, tarand cablul dupa el. Apoi, de pe Terra este lan­sa­ta, cu mij­loa­ce de propulsie normale, o astro­­nava. Aceasta nu are motor, iar racheta o trans­por­ta doar pana la iesirea din at­mos­fera. Aici, astronava este agatata de cablul ata­sat satelitului (prin metode aflate in faza de testare la NASA). Sa­te­litul isi continua drumul si, tragand naveta dupa el, ii imprima o miscare de rotatie. Cand astro­nava a ajuns la punctul maxim de inaltime a traiectoriei circulare, satelitul ii da drumul, aruncand-o inainte cu o miscare asemanatoare celei efectuate de o catapulta medievala.

VELA SPATIALA impinsa de razele solare
In urma cu 400 de ani, Johannes Kepler a observat ca, tot timpul, cozile cometelor se orienteaza in directie opusa Soarelui si a presupus existenta unei „brize“ solare. Navigarea in spatiu la bordul unor vehicule cu panze nu este insa doar o idee rezervata scriitorilor de SF. Atunci cand intra in contact cu o suprafata, radiatiile electromagnetice emise de Soare exercita o anumita presiune – de putere mica, dar constanta – inainte de a fi reflectate. O vela spatiala ar fi asadar o suprafata reflectorizanta care ar capta lumina Soarelui si ar fi impinsa inainte, impreuna cu astronava de care ar fi atasata. Problemele pe care le naste o asemenea tehnologie nu sunt insa putine: vela ar trebui construita din materiale extrem de usoare (de pilda, din carbon), iar dimensiunile sale ar trebui sa fie de cel putin doua ori mai mari decat cele ale unui teren de fotbal. In prezent, ideea velei spatiale este studiata de ESA.

O pilula de anti materie te transporta pe Marte
In prezent, calatoriile in spatiu, indiferent de metoda de propulsie folosita, se bazeaza pe batranul principiu newtonian „Misca materia intr-o directie, pentru a fi impins in directie opusa“. Numai ca pentru asta e nevoie de energie, iar pentru a ajunge pana la stelele cele mai indepartate, energia ar trebui sa fie uriasa. Un punct de plecare in cursa pentru obtinerea unor rezultate superioare celor oferite de metodele de propulsie conventionale ar putea fi antimateria. Compusa din particule atomice care au aceeasi masa cu a materiei, dar de sarcina electrica opusa, antimateria are o caracteristica binecunoscuta: atunci cand se intalneste cu materia, intreaga lor masa se transforma instantaneu in energie, dupa celebra formula Eæmc2.

Mai concret: daca am avea o „pastila“ de antimaterie nu mai mare decat o bomboana si am alatura-o unei particule de materie de dimensiuni similare, s-ar elibera o cantitate de energie suficienta pentru a propulsa o naveta pana pe Marte in trei zile. Numai ca producerea de antimaterie este extrem de dificila. Intr-un an, toate laboratoarele din lume reusesc sa creeze doar cam a miliarda parte dintr-un gram. In plus, o astfel de substanta nu se poate depozita intr-un rezervor: ar exploda imediat in contact cu materia. O alta metoda ar fi exploatarea asa-zisei energii de punct zero. Conform unui principiu din fizica cuantica, chiar si in vidul absolut exista mici particule atomice – numite virtuale, pentru ca apar si dispar simultan.

Citeste continuarea in pagina a 4a

 

Pe baza acestui principiu, a fost reusit un mic truc, botezat Efectul Cazimir: doua farfurii metalice asezate fata in fata in vid vor avea tendinta sa se apropie una de cealalta fara ca vreo forma de energie sa le determine s-o faca. Explicatia este ca, in spatiul dintre cele doua suprafete, orice radiatii produse de vid sunt, treptat, eliminate. In exterior, acest lucru nu se intampla, deci acolo exista mai multe radiatii. Energia din afara fiind mai mare decat cea dintre farfurii, ele vor fi impinse una in directia celeilalte.

Gaura de vierme
O idee faimoasa, schitata pentru prima oara in 1935, de catre Albert Einstein si Nathan Penrose, si resuscitata in anii ‘80, mai ales in randul scriitorilor SF: in spatiu exista niste gauri sau puncte care actioneaza ca niste scurtaturi intre doua zone diferite ale Univer­su­lui. Calatoria printr-o gaura de vierme nu dureaza mai mult de cateva picosecun­de. Folosita cu succes in serialul Star Trek, ideea gaurii de vierme a fost deja demonstrata teo­re­tic de catre oamenii de stiinta de la labo­ra­toarele CERN din Elvetia. In prezent, acestia lucreaza la optimizarea primului acce­le­rator de particule din lume – in­stru­­ment prin intermediul caruia s-ar pu­tea crea o gaura de vierme in laborator.

HOPA-SUS cu laserul pe orbita
Ne-am obisnuit ca vehiculele spatiale sa aiba atasate, undeva in spate, sursa de energie. Insa ce ati spune daca, in schimb, energia ar putea fi furnizata din exterior? Conceptul de energie transmisa (beamed energy) se bazeaza pe faptul ca o raza laser (sau un fascicul puternic de microunde) ar putea fi indreptata in directia unui vehicul spatial. Acesta, echipat cu un dispozitiv de receptare (de felul velelor solare), primeste energia si o transforma in miscare. Unii cercetatori sunt convinsi ca pe anumite planete sau asteroizi din sistemul nostru solar ar putea fi instalate proiectoare laser care sa func­tio­neze ca niste relee de energie, ali­men­tand astronavele din loc in loc, in timpul calatoriei spatiale. In anul 2000, prin aceasta metoda, in cadrul unui experiment NASA tinut secret pana la sfarsitul toamnei 2004, un vehicul a fost inaltat la altitudinea de 100 de metri. Cum va avertizam la inceput, stingeti-va ti­ga­rile si puneti-va centurile de siguranta!

Foto: Guliver, EADS Space, Tethers Unlimited, Boeing, NASA, ESA
 

ASCULTĂ CE GÂNDEȘTI