Největší raketový motor založený na jaderné fúzi

Britská letecká společnost Pulsar Fusion začala konstruovat největší praktický raketový motor pro jadernou fúzi, jaký byl kdy vyroben. Osmimetrová fúzní komora se montuje v Bletchley v Anglii. Po zažehnutí motoru, které se plánuje na rok 2027, se dočasně stane nejžhavějším místem ve sluneční soustavě - výfukové plyny by měly dosáhnout rychlosti větší než 800 000 km/h. S takovouto rychlostí by raketa mohla dosáhnout Marsu za 30 dní.

Výzkumníci z Pulsar Fusion doufají, že dosáhnou v komoře plazmovými výstřely několika set milionů stupňů, čímž se vytvoří teploty vyšší než uvnitř Slunce. Problémem je, samozřejmě, stejně jako u tokamakových systémů, jak udržet a omezit super horkou plazmu v elektromagnetickém poli. Plazma se chová jako meteorologický systém, stav plazmatu se neustále mění, je neuvěřitelně těžké předpovědět její chování pomocí konvenčních technik.

AI jako pomocník

Díky nedávným pokrokům v oblasti umělé inteligence a v technikách strojového učení je možné dosáhnut pokroku i ve vědách jako je magnetohydrodynamika a gyrokinetika, které k výzkumu raketového motoru mají co říci. I malá zlepšení mohou dramaticky zlepšit výsledky výzkumu. Pulsar se spojil se společností Princeton Satellite Systems, aby převzal data z reaktoru PFRC-2 držícího světový rekord a vložil je do superpočítačových simulací, aby získal lepší předpovědi chování super horkého plazmatu v elektromagnetickém poli. Bylo tak možné zlepšit konstrukci rakety a začít stavět prototyp motoru. (Pozn.: PFCR (Princeton field-reversed configuration) je soubor experimentů ve fyzice plazmatu v Princeton Plasma Physics Laboratory, program na vyhodnocení konfigurace fúzního reaktoru. Experiment prověřuje dynamiku dlouhých pulsů, konfigurace s obráceným magnetickým polem (Field Reversed Configuration, https://en.wikipedia.org/wiki/Field-reversed_configuration), která dokáže udržet nabité částice v oblasti prstence.  PFRC program chce experimentálně ověřit fyzikální předpovědi, že taková konfigurace je stabilní a má transportní úrovně srovnatelné s klasickou magnetickou difusí. Dalším záměrem je aplikovat tuto technologii na koncept přímého fúzního pohonu pro kosmické lodi.

Generální ředitel společnosti Pulsar Fusion, Richard Dinan, říká:

„Naše současné satelitní motory, které dnes vyrábíme v Pulsaru, dosahují výfukových rychlostí až 140 000 km za hodinu. Doufáme, že pomocí fúze můžeme dosáhnout i více než desetinásobku. Pokud test rakety Pulsar při demonstraci leteckým partnerům v roce 2027 dokáže dosáhnout teplot fúze, pak by tato technologie mohla zkrátit dobu mise na Mars na polovinu, zkrátit dobu letu k Saturnu z 8 let na 2 roky a v konečném důsledku umožnit lidstvu opustit naši sluneční soustavu. Naše stávající partnery budeme na každém kroku informovat o aktuálním stavu. Pulsar pak bude muset provést zkušební zážeh na oběžné dráze. Pro fúzní komunitu může umělá inteligence skutečně pomoci dosáhnout motorů schopných cestovat mezihvězdným vesmírem."

Další partnerství a další projekt

Nedávno oznámila Britská vesmírná agentura UKSA partnerství Pulsar Fusion s Universitou v Michiganu. Strategický transatlantický projekt se týká výzkumu elektrického pohonu kosmických plavidel. Elektrický pohon a zejména trysky založené na Hallově efektu jsou podle NASA v příštím desetiletí pro kosmické lodě klíčovým technologickým prostředkem. Laboratoř dynamiky plazmatu a elektrického pohonu na Universitě v Michiganu je předním univerzitním výzkumným střediskem zabývajícím se Hallovými tryskami v USA (a pravděpodobně i ve světě). Partnerství se týká Pulsar Fusion (UK), Starlight Engines (USA) a University of Southampton (UK). Bude financováno z první fáze Mezinárodního bilaterálního fondu britské vesmírné agentury ve výši 20 milionů liber a je druhým projektem uděleným společnosti Pulsar Fusion ze strany UKSA. Generální ředitel Pulsar Fusion, Richard Dinan,k tomu poznamenal: „Anglie má fantastický fond talentů a naši vědci si zaslouží být v čele nově vznikajících technologií. Toto je další klíčové americké partnerství pro Pulsar - pokračujeme v prosazování nejlepších inovací ve své třídě, a to je obzvláště vzrušující vzhledem k celosvětovému komerčnímu zájmu o tyto motory."

Hallovy trysky

V pohonu kosmických lodí je tryska s Hallovým efektem (Hall Effect Thruster, HET, na základě objevu Edwina Halla) typ iontové trysky, ve které je hnací látka urychlována elektrickým polem. Trysky s Hallovým efektem využívají magnetické pole k omezení axiálního pohybu elektronů a poté je používají k ionizaci pohonné látky, k účinnému urychlení iontů k vytvoření tahu a k neutralizaci iontů v oblaku výfuku. Trysky s Hallovým efektem se zkoumají od 60. let 20. století. Jako pohonná látka pro ně se využívá xenon, krypton, také argon, bismut, jód, hořčík, zinek a uhlovodík adamantan. Hallovy trysky se uplatňují v široké řadě kosmických misí, včetně geostacionárních satelitů a meziplanetárních misí, vč. robotických setkání. 

O společnosti Pulsar Fusion a jejím zakladateli Richardu Dinanovi jsme psali zde https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/2103-richard-dinan-prvni-soukromy-investor-do-fuze-v-evrope