Rusland tester ny plasmadrevet motor: rejse til Mars på få uger?

Russiske forskere præsenterer en plasmadrevet motor med hidtil usete hastigheder

Russiske videnskabsmænd har fremvist en plasmadrevet motor, der angiveligt kan udskyde partikler med en hastighed på hele 360.000 km/t. Hvis løfterne holder stik, kan måden vi planlægger rumrejser til Mars og de ydre planeter på forandre sig radikalt inden for en til to årtier.

Hvad er den russiske plasmadrevne motor egentlig?

Et forskningscenter i Troitsk arbejder på et avanceret fremdriftssystem, der accelererer ladede hydrogenpartikler – protoner og elektroner – ved hjælp af elektromagnetiske felter. Den opnåede udstødningshastighed forventes at nå op mod ca. 100 km/s, svarende til omtrent 360.000 km/t.

Partiklernes udstødningshastighed er mere end tyve gange højere end i typiske kemiske raketter, hvor man normalt taler om ca. 4,5 km/s.

Disse værdier er ikke beregnet til opsendelse fra Jorden, men til brug i rumvakuum. Her handler det ikke om et kraftigt, kortvarigt skub ved atmosfærisk opstigning, men om en stabil, langvarig acceleration. Den nye motor ville fungere som en kosmisk slæbebåd: efter at være bragt i kredsløb ville den gradvist accelerere en sonde eller et rumfartøj over uger snarere end minutter.

Hvorfor plasma frem for en klassisk raket?

En traditionel raket forbrænder enorme mængder brændstof på meget kort tid, hvilket giver kraftig fremdrift – men kun i et kort øjeblik. En plasmadrevet motor arbejder helt anderledes: den forbruger mindre drivmiddel, men udnytter det langt mere effektivt ved at omsætte elektrisk energi til partikelhastighed.

Nøglen ligger i den såkaldte udstødningshastighed. Jo hurtigere reaktionsmassen forlader motoren, desto større hastighedsændring kan rumfartøjet opnå med den samme mængde "brændstof". Holdet i Troitsk ønsker med dette princip at reducere rejsetiden mellem planeterne drastisk.

Med en så høj partikelhastighed kræves der langt mindre drivmiddel for at nå en betydeligt højere sluthastighed for fartøjet.

Det er dog vigtigt at understrege, at denne type fremdrift ikke erstatter løfteraketter ved opsendelse fra Jordens overflade. Den er udelukkende beregnet til brug i rummet, efter at nyttelasten er bragt i kredsløb af en konventionel raket.

Hvordan klarer den sig sammenlignet med eksisterende fremdriftssystemer?

Ionfremdrift og plasmamotorer anvendes allerede i dag i missioner som NASAs Psyche-mission, men de er afhængige af solenergi og er relativt svage. Det russiske projekt sigter mod langt højere effekt og nyttelaster, der er mange gange tungere end klassiske sonder.

Hydrogen og atomenergi – en usædvanlig kombination til rumfart

Projektet satser på hydrogen som drivmiddel og en atomreaktor som energikilde. Hydrogen har en meget lav atommasse, hvilket gør det lettere at accelerere partiklerne til enorme hastigheder. Det er det ideelle "brændstof" til en motor, der har til formål at presse det maksimale ud af hvert kilogram drivmiddel.

Hydrogens lave atommasse gør det muligt at accelerere partikler kraftigere med et lavere forbrug af drivmiddel, og en særlig konstruktion reducerer desuden motorens slitage.

En ombordværende atomreaktor skal sikre en stabil energiforsyning på hundredvis af kilowatt – en effekt, som solpaneler simpelthen ikke kan levere i de fjernere dele af Solsystemet. Det åbner vejen for hurtigere og tungere missioner, men medfører samtidig en lang række ingeniørmæssige og politiske udfordringer.

Hvordan løser projektet problemet med holdbarhed?

Standardiserede plasmamotorer lider ofte under erosion af de komponenter, der er i kontakt med den varme og tætte plasmagas. Her har man valgt en konfiguration med to højspændingselektroder, der giver partiklerne retning og hastighed uden at overophede hele forbrændingskammeret.

• En lavere indre temperatur reducerer komponenternes slitage betydeligt.
• En simplere konstruktion gør testning og opskalering lettere.
• En længere levetid gør det muligt at planlægge månedslange missioner uden komponentudskiftning.

Ifølge oplysninger fra centret i Troitsk har motorprototypen allerede kørt i sammenlagt ca. 2.400 timer i et 14 meter langt vakuumkammer. Det svarer tidsmæssigt til en fuld rejse til Mars ved de planlagte flyveparametre.

Til Mars på uger i stedet for måneder?

Med nutidens baner og kemiske raketter tager en rejse til Mars typisk fra seks til ni måneder. Hvis et rumfartøj med plasmadrevet fremdrift kontinuerligt kan accelerere og derefter bremse lige så gradvist, kan rejsetiden falde til blot nogle få uger.

En konstant, moderat acceleration over lang tid kan vise sig mere effektiv end et kort, kraftigt skub ved afgang – og det er præcis dette princip, konceptet bygger på.

En kortere rejse indebærer mindre eksponering af besætningen for kosmisk stråling, færre udfordringer med kost og fødevareopbevaring samt enklere styring af vand- og iltforsyningen. For ubemandede missioner handler det omvendt om hurtigere levering af udstyr, prøvetagere og logistiske nyttelaster.

Et ambitiøst mål sat til 2030

Russiske ingeniører taler om de første tests i det egentlige rum tidligst omkring 2030. Inden da skal tre overordnede risikoområder håndteres:

• Sikker opstart og nedlukning af reaktoren i rummet.
• Bortledning af enorme varmemængder fra fremdriftsmodulet.
• Beskyttelse af udstyr og eventuel besætning mod stråling fra reaktoren.

Hertil kommer hele projektets politiske dimension. Atomreaktorer i kredsløb og på interplanetariske ruter kræver internationale aftaler, sikkerhedsstandarder og afklaring af, hvad der sker i tilfælde af en fejl eller en mislykket opsendelse med en sådan nyttelast.

Hvad ændrer en sådan motor i praksis?

Hvis teknologien modnes tilstrækkeligt, kan reaktordrevne plasmamotorer overtage rollen som "lokomotiver" i det dybe rum. Den kemiske raket vil blot udgøre første etape af rejsen, mens det egentlige tempo for missionen vil blive bestemt af plasmafremdriftsmodulet.

De mulige anvendelsesscenarier ser lovende ud:

• Transport af tunge nyttelaster til Mars' kredsløb inden menneskers ankomst.
• Flytning af store forskningsplatforme mellem forskellige kredsløb.
• Opbygning af permanente "slæbebåde" i pendulfart mellem Jorden, Månen og fjernere destinationer.

For den almindelige læser kan denne teknologi lyde abstrakt, men det er værd at huske, at mere stille og "elektriske" fremdriftssystemer allerede i dag er i brug på adskillige missioner. Det handler her om at hæve skalaen: mere effekt, tungere nyttelaster og længere drift i det interplanetariske rum.

I baggrunden udspiller der sig også et bredere kapløb om teknologisk overlegenhed. Udviklingen af avancerede fremdriftssystemer handler ikke kun om spændende ekspeditioner til Mars, men også om potentiel militær og geopolitisk udnyttelse af rummet. Derfor tiltrækker ethvert skridt mod hurtigere, mere holdbare og kraftfuldere systemer ikke blot ingeniørers opmærksomhed – men også politikeres og militærets.