Které vesmírné lodě budoucnosti vynesou lidstvo ke hvězdám?

Průzkum vesmíru fascinuje lidstvo už tisíce let. Teprve v posledních desetiletích se podařilo vybudovat technologii, která by ho umožnila uskutečnit. Vesmírné lodě způsobily revoluci v cestování vesmírem a umožnily prozkoumat nejvzdálenější kouty našeho vesmíru. Jaká je jejich budoucnost?

Vesmírný závod mezi USA a tehdejším Sovětským svazem, který začal vypuštěním Sputniku v roce 1957, vyprodukoval celou řadu smělých myšlenek a ambiciózních plánů, z nichž většina dosud čeká na realizaci.

Sputnik je historický úspěch, který navždy změnil běh moderního světa. Dne 4. října 1957 vypustil Sovětský svaz do nízkoorbitálního vesmíru Sputnik 1, první umělou družici na světě. Dozvuky se projevily téměř okamžitě.

Do té doby bylo cestování do vesmíru myšlenkou, kterou bylo třeba brát jako science fiction. Po vypuštění Sputniku se dosažení hvězd stalo stále reálnější možností pro každého, kdo měl odvážné ambice a technologii, aby to uskutečnil.

Dědictví Sputniku je cítit dodnes. Družice slouží jako připomínka toho, že je možné dosáhnout pokroku, když lidé spolupracují, aby dosáhli zdánlivě nemožného. Jeho dopad byl hluboký, protože zasel zárodek všech následných výzkumů a technologických úspěchů, které byly umožněny v návaznosti na jeho vypuštění před více než 60 lety.

Projekt Daedalus

Projekt Daedalus je ambiciózním pokusem o pokrok v oblasti fúzního pohonu pro výzkum vesmíru. Jeho cílem je vyvinout a otestovat životaschopnou konstrukci kosmické lodi poháněné termojadernou syntézou, kterou vyvinula Laboratoř kosmických systémů (SSL) Massachusettského technologického institutu (MIT).

Pokud bude projekt Daedalus úspěšný, mohl by způsobit revoluci v průzkumu vesmíru tím, že by lidem umožnil opustit naši sluneční soustavu a dosáhnout jiných hvězd na mezihvězdných cestách.

Základní koncepce projektu Daedalus spočívá ve využití typu jaderné fúzní reakce k vytvoření obrovského tahu, který je mnohem větší než u nejvýkonnějších chemických raket, které jsou dnes k dispozici. Využitím tohoto pohonného systému by nyní mohla být kosmická loď, která byla dříve považována za příliš velkou nebo příliš těžkou pro let, poháněna na pozoruhodné rychlosti.

Prvním krokem při vývoji návrhu projektu Daedalus byla konstrukce fúzního motoru. Za tímto účelem inženýři zkombinovali dvě nejsilnější existující fúzní reakce: reakci lithium-6/helium-4, která produkuje extrémně vysoké množství energie, a reakci helium-3/helium-4, která produkuje o něco méně energie, ale je mnohem účinnější a lépe kontrolovatelná než reakce lithium-6.

Na základě těchto dvou reakcí plánovali vědci v SSL zkonstruovat samostatný reaktor, známý jako zařízení pro pinčovou fúzi, který by mohl obsahovat a produkovat potřebný tah pro urychlení. Aby se ujistili, že je tento motor spolehlivý, provedl tým kromě analýzy počítačových simulací více než deset let testování.

Po ověření konstrukce motoru se začalo pracovat na návrhu kosmické lodi. Tato kosmická loď byla navržena tak, aby byla schopna dopravit desetitunový náklad do hvězdného systému vzdáleného čtyři světelné roky. Za tímto účelem byla sonda naprogramována tak, aby hořela padesát jedna let a pomalu zrychlovala a poté zpomalovala mezi hvězdou a cílem.

Navzdory úspěchu při testování se týmu SSRL nepodařilo získat pro navrhovanou misi dostatečné finanční prostředky. V roce 1993 byl projekt zrušen, ačkoli technologie a principy vyvinuté v rámci projektu stále žijí v podobě pokračujících inovací v oblasti fúzního pohonu.

Projekt LightSail

Nezisková nadnárodní organizace The Planetary Society pracuje na projektu LightSail. The Planetary Society byla založena v roce 1980 a je největší a nejvlivnější organizací zabývající se výzkumem vesmíru na planetě.

Společnost se zaměřuje zejména na projekty průzkumu vesmíru, jako je například LightSail, vesmírná loď financovaná z crowdfundingu, která je určena k průzkumu sluneční soustavy pomocí energie slunečního světla.

Navrhovaná vesmírná loď používá jako svůj pohon pouze a jenom sluneční záření. První mise v rámci projektu LightSail byla vypuštěna v roce 2015. Jednalo se o předběžnou misi, která měla otestovat základní funkčnost kosmické lodi a prokázat, že solární plachtění je dosažitelné.

Hlavní mise, LightSail 2, vzlétla v roce 2019, aby pokračovala ve výzkumu a úsilí směřujícím k budoucnosti výzkumu vesmíru. LightSail 2 je miniaturizovaná družice se čtyřmi trojúhelníkovými plachtami nasazenými za účelem měření tlaku a síly slunečních fotonů.

Teorie slunečního pohonu

Teorie slunečního pohonu je několik set let stará, přičemž její první náznaky jsou již v pracích Johannese Keplera. Jedná se o teorii, která předpokládá, že energii ze Slunce lze využít k pohonu objektu nebo kosmické lodi do vesmíru. Tuto energii lze získat ze slunečního záření a přeměnit ji do formy, kterou lze využít k pohonu kosmických lodí nebo jiných objektů.

Zastáncem tohoto konceptu je také slavný fyzik Stephen Hawking, jenž představil svou vizi slunečním zářením poháněné sondy, která by měla být schopna dosáhnout rychlosti až 160 milionů km/h.

V roce 1960 fyzik Robert W. Bussard přišel s myšlenkou speciálního náporového motoru schopného pohánět mezihvězdné koráby. Jeho návrh počítal s ohromným několik tisíc kilometrů v průměru širokým elektromagnetickým polem, kterým by se jako naběračkou sbíral vodík z mezihvězdného prostoru.

Uvnitř motoru by poté došlo prostřednictvím vysokého tlaku způsobeného magnetickými poli k termonukleární fúzi, která směrovaná správným směrem měla celou loď pohánět vpřed.

Podle Bussardových propočtů by sběrná plocha elektromagnetického pole zabírala těžko představitelných  10 000 km². Dodnes existují mezi odborníky nesouhlasné názory na realizovatelnost takovéhoto projektu, minimálně však přispěl k rozvoji dalších možných řešení. 

V současné době probíhá výzkum, jehož cílem je vyvinout účinnější solární pohonné systémy a učinit je ještě ekonomicky dostupnějšími.

Antihmota

Další variantou, jak pohánět mezihvězdnou loď, jsou rakety na antihmotu. Jedná se o formu hmoty, která se skládá z částic, jež mají opačný náboj než běžná hmota. Když se hmota a antihmota spojí, zcela se anihilují a vyzařují vysokoenergetické záření.

Během procesu anihilace, kdy dojde ke kontaktu hmoty a antihmoty, vznikají částice piony, které je možné vysoce výkonnými magnetickými tryskami použít jako prostředek pohonu.

Vzhledem k tomu, že piony by se teoreticky měly pohybovat rychlostí světla či se jí blížit, záleží už jen na účinnosti magnetických trysek, jakou rychlost umožní lodi dosáhnout.  

Vzhledem k nestabilitě procesu anihilace je však do sestrojení tohoto pohonu ještě daleko. V cestě stojí především nedostatek antihmoty, kterou prozatím lidé umí produkovat jen v zanedbatelném množství a uchovat po velmi krátkou dobu.

Kromě toho reakcí hmoty a antihmoty vzniká velké množství nebezpečného gamma záření. NASA nyní zkoumá možnosti antihmotového pohonu, který by spoléhal na pozitrony namísto antiprotonů, což by mělo výslednou intenzitu gamma záření omezit. 

Antihmota je stále neuvěřitelně záhadnou a neprobádanou oblastí vědy. V současné době má sice omezené možnosti využití, ale jak bude výzkum a technologie postupovat, mohou být potenciálně realizovány nové a výkonnější možnosti.