Steampunk žije! Vesmírné sondy na parní pohon!

UCF  (University of Central Florida) a firma Honeybee Robotics s podporou programu NASA Small Business Technology Transfer navrhly a sestrojily vesmírnou sondu na páru. A není to vůbec špatný nápad! Zkoumání sluneční soustavy zjistilo jednu důležitou věc: voda je ve vesmíru překvapivě běžná, přinejmenším ve formě ledu. Všude, kde je hluboký kráter nebo prasklina, je pravděpodobně zamrzlá voda. A to představuje vzrušující příležitost: snadno dostupný pohon.

Rozmach kosmických cest a zkoumání vesmíru je do značné míry limitováno palivem. Je objemné, těžké, je ho potřeba mnoho. Pro potřeby satelitů Země a kosmických sond ve vnitřní části sluneční soustavy mohou poskytnout elektřinu solární panely. Pokud se ale sonda chce pohybovat prostorem dále, musí mít nějaký pohon. Jistě, máme velmi účinné iontové motory. Ale i ty musí mít zásoby drahého plynu xenonu. Experimentuje se s lehkými plachtami na „sluneční vítr“, to ale neřeší manévrovatelnost. NASA nyní udělala krok zpět - zamířila do věku páry.

Skokan po asteroidech

NASA nechala vytvořit prototyp vesmírné sondy na parní pohon, aby otestovala proveditelnost a reálnost koncepce plavidla schopného vyrábět si vlastní palivo. Výsledkem je experimentální sonda WINE (World Is Not Enough) sestrojená Universitou Centrální Floridy a Honeybee Robotics. Je navržená tak, aby letěla k asteroidu, prováděla zde svůj výzkum, a zároveň si vytěžila vodu. Jakmile si doplní její zásoby, může se přesunout k dalšímu cíli. To je něco, o čem se průzkumníkům vesmíru po desítky let snívalo. A tato technologie už je na světě.

Take off!

Právě 31. prosince 2018 byl ve vakuové komoře Honeybee Robotics v kalifornské Pasadeně spuštěn malý kosmický prototyp o velikosti mikrovlnné trouby. „Kosmická loď“ vyextrahovala a shromáždila vlastní palivo z vrstvy simulované asteroidové půdy. „WINE úspěšně zpracovala půdu, vyrobila raketový pohon a vznesla se několik stop do výšky na proudu páry extrahované ze simulované asteroidové půdy,“ říká planetární vědec UCF Phil Metzger. „Tuto technologii můžeme potenciálně využít k práci na Měsíci, Ceresu, Europě, Titanu, Plutu, pólech Merkura, asteroidech - kdekoliv, kde je voda a dostatečně nízká gravitace.“ Sonda vlastně ani nepotřebuje půdu. Může přistát na bloku ledu. „Experimentální systém WINE může vrtat do ledových a minerálních kompozitů, které mohou být tvrdé jako beton,“ říká jeho výrobce, Honeybee Robotics. „Používání místních zdrojů znamená, že mise mohou začít s nižšími zásobami nebo prodloužit své poslání daleko za hranice toho, co by bylo možné se zátěží pohonných hmot na palubě.“

Zatím jen pro nízkou gravitaci

Voda (pára) však není až tak účinná hnací látka. Byla by využitelná pouze pro kosmické lodě, které se pohybují mezi místy s nízkou gravitací. Je však snadno dostupná a levná, a nabízí stejný druh nízkého tahu a trvalého pohonu jako iontový motor Dawn, nedávno použitý k prozkoumání trpasličích planetek Vesta a Ceres. Navíc má výhodu opakovaného doplňování paliva. (Drahé palivo motoru Dawn už se vyčerpalo, jeho mise skončila 2018.)

„WINE byla navržena tak, aby nikdy nevyčerpala své palivo, takže průzkum bude levnější,“ říká Metzger. „Také nám to dovolí prozkoumat vesmírná tělesa v kratším čase, protože nebudeme muset čekat léta, než nová kosmická loď odstartuje ze Země.“

Teplo opatří slunce nebo jádro

K přeměně ledu, resp. vody na páru mohou parní sondy používat sluneční energii nebo malé kompaktní radionuklidové generátory - nebo obojí. To znamená, že takové plavidlo může potenciálně prozkoumat i vnější okraje sluneční soustavy, např. Pluto. Evoluční nová parní technologie by měla umožnit budoucím kosmickým sondám skákat z asteroidu na asteroid; kolem povrchu Měsíce nebo Marsu; nebo dokonce na vzdáleném objektu Kuiperova pásu po celá desetiletí. „Vesmírné lodě typu WINE mohou změnit způsob, jakým zkoumáme vesmír,“ říká viceprezident Honeybee Robotics Kris Zacny. „A technologie k tomu je tady, a je připravena.“

Co je největším technickým problémem?

Zacny říká, že to je právě získání vody. Ohřátí volného jemně zrnitého půdního regolitu nalezeného na Měsíci a jiných planetárních tělech je poměrně snadné - to už ale neplatí o zachycení vzniklé vodní páry. „To je důvod, proč náš systém, který používá duté vrtáky, je účinný,“ říká Zacny. „Vyhřívaný regolit je totiž v podstatě ‚utěsněn‘ uvnitř šneku.“ Tým však také pracuje i na jiném přístupu, při kterém by se regolit shromažďoval v centrálním kontejneru, zahříval, a posléze by se vypuzovala jak vodní pára, tak zbývající suchý regolit. Vyfukování regolitu by dokonce poskytlo další tah.

Využití k exploataci Měsíce

Před tím, než by se zahájilo „těžení“ vody na Měsíci, musí se pečlivě zanalyzovat, které oblasti a které krátery vodu obsahují. To by právě mohly dělat sondy WINE: dolovaly by regolit, extrahovaly vodu a páru použily k přesunu na další průzkumné místo. Zacny věří, že již teď může být technologie využita např. pro vysokoškolské projekty CubeSatů, pro něž by bylo snazší manipulovat s parním pohonem než s hydrazinem.

Systém je navržen pro nižší gravitaci, než je na Zemi. První použití technologie se nemusí nutně odehrát na povrchu našeho Měsíce. Kde ji budeme testovat, to závisí na příležitostech. Může to být na jakémkoli tělese naší soustavy, které má vodu - buď ve formě, jaká je na nejběžnějším typu asteroidů, nebo na tělesech, o nichž je známo, že mají vodní led, jako je Saturnův měsíc Enceladus.

Video z prvního testu 31. 12. 2018, kdy se sonda ve vakuu vznesla pomocí trysky s vlastní vyrobenou párou, můžete vidět zde https://www.youtube.com/watch?v=-BhnL1GqhxM. Jsou zde i další zajímavé technické detaily.

Zdroje:

https://www.honeybeerobotics.com/wine-the-world-is-not-enough/

https://www.livescience.com/64487-steam-powered-spaceship.html?utm_source=ls-newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=20190114-ls

https://phys.org/news/2019-01-steam-propelled-spacecraft-prototype-theoretically-explore.html https://today.ucf.edu/steam-powered-asteroid-hoppers-developed-ucf-collaboration/ https://www.news.com.au/technology/science/space/steam-powered-space-probes-may-soon-be-refuelling-themselves-on-asteroids/news-story/96541fbd55ae821cf242bcaaa90e899b

https://www.thespaceresource.com/news/2019/1/honeybee-robotics-demonstrates-wine

https://www.techeblog.com/honeybee-robotics-spacecraft-nasa-asteroid/