(VIDEO) O echipă de ingineri britanici a creat prototipul unui motor cu fuziune nucleară, după o idee de peste 50 de ani vechime, transformată într-una mai modernă

În ultimii ani, am vorbit în multiple articole despre progrese tot mai accelerate şi venite din tot mai multe locuri din lume în fuziunea nucleară şi încercarea inginerilor de a stăpâni complet tehnologia acesteia, pentru producţia electricităţii cu un randament uriaş, cu mult peste actualele reactoare nucleare, care folosesc reacţia de fisiune. Există mai multe construcţii de reactoare de fuziune dezvoltate în paralel, cu avantaje şi dezavantaje pentru fiecare din ele, iar multe companii sunt deja atât de sigure că se află foarte aproape de momentul controlului deplin al reacţiei de fuziune, încât au demarat şi construcţia primelor centrale nucleare cu fuziune, care ar urma să fie gata după anul 2030, încă înainte de a avea controlul deplin confirmat. Ei bine, în toată această suită de elaborări, n-am vorbit niciodată despre o cu totul altă idee de utilizare a fuziunii nucleare — în propulsia directă. Dar acum o echipă de ingineri britanici, de la start-up-ul Pulsar Fusion, a creat prototipul unui motor cu fuziune nucleară, după o idee de peste 50 de ani vechime, transformată într-una mai modernă, iar ieri a făcut o demonstraţie în direct de generare scurtă a plasmei în acest motor.

Despre fuziunea nucleară, spunem adeseori că primele studii de folosire utilă a ei datează cu anii 50 din secolul trecut, atunci când au fost gândite şi primele reactoare tokamak. Surprinzător, dar oamenii de ştiinţă de pe atunci s-au gândit foarte repede că fuziunea nucleară ar putea fi utilă nu doar pentru generarea de electricitate, ci şi pentru propulsia spaţială, acolo unde era nevoie de putere şi flux enorm pentru a atinge viteze mari. Mai ales anii 1960 au fost ani de elaborări spaţiale enorme, iar oamenii de ştiinţă căutau soluţii pentru ca obiectele create pe pământ să poată călători mai rapid prin distanţele enorme din spaţiu.

Şi începuseră să apară mai multe concepte şi idei despre cum ar putea arăta un motor cu fuziune, considerându-se chiar că propulsia ar fi un pic mai uşoară decât generarea de electricitate. Stăpânirea deplină a fuziunii e necesară în ambele cazuri, şi asta e marea barieră, dar la propulsie, plasma ar fi evacuată constant prin eşapamentul motorului de rachetă. Deci, cumva se considera că efortul final de utilizare a plasmei pentru captare de energie şi transformare în electricitate ar fi mult mai simplu dacă scopul final e forţa de propulsie, nu electricitatea. Aşa a apărut în 1973 proiectul Daedalus, elaborat de societatea britanică de studii interplanetare.

Foto: Conceput proiectului Daedalus

Despre Proiectul Daedalus, de acum 53 de ani, putem spune că a fost unul din cele mai ambiţioase proiecte inginereşti pe care le-a creat vreodată omenirea. A rămas doar la nivel de studiu, dar amploarea conceptului e uimitoare. Efectiv, era vorba de o navă spaţială cu propulsie pe bază de fuziune, cu o dimensiune uriaşă de 190 metri lungime, care ar fi cântărit 54.000 tone, dintre care 50.000 tone urmau să fie combustibilul de fuziune nucleară şi cam 3.500 masa ei proprie şi 500 tone de sarcină utilă cu scop ştiinţific.

Foto: Vizualizarea scării imense a navei Daedalus faţă de rachetele spaţiale mari moderne

Nava avea un sistem de propulsie ce trebuia să folosească fuziunea în câteva etape, astfel încât să poată accelera în spaţiu până la 12% din viteza luminii, fiind capabilă să călătorească distanţa de 1 an-lumină în 8,3 ani. Nava trebuia să ajungă la steaua Barnard, aflată la 5,9 ani-lumină distanţă, călătorind 50 de ani. Deci, dacă acea navă ar fi fost construită, pe acum ea ar fi fost aproape de a ajunge la destinaţie, luând imagini şi date de pe tot parcursul său şi transmiţându-le pe Pământ. Tehnologia ar fi deschis calea spre călătorii spaţiale la distanţe mult mai mari, făcute mult mai rapid.

Exact acest deziderat al călătoriilor spaţiale mai rapide îl au acum şi cei de la Pulsar Energy. Trebuie să spunem că între timp, după anii 2000, NASA şi Universitatea Princeton au mai elaborat un concept propriu de propulsie nucleară, numit Direct Fusion Drive, şi chiar au testat multiple componente ale acestuia, programul fiind încă valabil şi încă în derulare. Ceea ce au făcut acum cei de la Pulsar Fusin e foarte aproape în concept de bază de NASA, dar aplică un principiu de sursă dublă de fuziune, motiv din care sistemul de propulsie foloseşte principiul de Dual Direct Fusion Drive.

Pulsar Fusion vrea să mai facă uz de statutul său de start-up, promiţând să fie mai flexibil şi mai rapid în elaborare, dar compania tot are 15 ani de când există. Totuşi, acum ea se află într-o fază în care are mult mai mult să demonstreze şi-n care munceşte mai mult la elaborări palpabile, iar prezentarea demo de ieri a avut loc în cadrul conferinţei MARS (după planeta Marte, în engleză), organizată de Jeff Bezos, fondatorul Amazon şi al companiei spaţiale Blue Origin.

Deci, noul motor cu fuziune nucleară, numit Sunbird, a atras deja atenţia marilor antreprenori din domeniul spaţial din SUA, care ard de nerăbdare să poată organiza călătorii rapide şi viabile spre Marte, pentru a profita de o eventuală colonizare a planetei roşii. Iar demonstraţia pe viu de ieri a fost o validare suplimentară, deşi, tehnic vorbind, e o etapă mai incipientă decât ceea ce a reuşit să atingă NASA în programul său cu Princeton.

Aşadar, ce avem în noul motor Pulsar Fusion? O idee de acum 53 de ani, transpusă în formă modernă, făcându-se uz de precizia actuală de proiectare, dar şi de posibilităţile mult mai mari de a construi magneţi de înaltă precizie şi putere, pentru a stăpâni plasma. Motorul Pulsar Fusion are două sisteme de magneţi şi două surse de generare a fuziunii, aranjaţi în formă de V, care se unesc într-un eşapament comun, iar de acolo plasma ar trebui să iasă pe eşapament asigurând propulsia de reacţie.

Folosirea a două surse de plasmă e menită cel mai probabil să amplifice efectul fuziunii nucleare prin lovirea atomilor din cele două surse şi amplificarea de mai departe de energie generată. De asemenea, ar putea avea un efect de echilibrare şi de creştere de randament. Iar un asemenea motor Sunbird ar avea 2 MW putere, cu un impuls specific de 10.000-15.000 secunde. Unitatea e una ce exprimă randamentul propulsie, şi ar putea fi explicată mai uşor ca tipul în care 1 kg de combustibil ar putea genera 1 kg de forţă de propulsie. Pentru comparaţie, navele actuale Space X, precum Falcon 9, au acest indice la 350 secunde. Deci, e clar că motorul cu fuziune nucleară Sunbird ar fi de până la 43 ori mai capabil în acest sens. Şi asta i-ar permite să propulseze o navă până la Marte în doar 2-3 luni, faţă de 6-9 luni pentru navele mici din prezent care ajung acolo cu mici vehicule robotizate.

Ceea ce a demonstrat ieri Pulsar Fusion a fost stabilitatea plasmei în zona de evacuare. Dar acea plasmă n-a fost generată acum prin fuziune clasică, cu prin folosirea de kripton, un gaz inert care permite mai uşor generarea de plasmă în condiţii controlate. E o procedură des utilizată în teste, doar că asta ne aminteşte că mai e cale lungă până noul motor cu propulsie pe bază de fuziune nucleară să devină o realitate completă. Dar se pare că marii antreprenori din industria aerospaţială din SUA sunt foarte entuziasmaţi de acest noul motor, vizualizându-l deja ca unitatea de propulsie esenţială pentru multiple nave spaţiale rapide ale viitorului.

Totuşi, vorbind cât se poate de realist, acest motor fascinant nu poate deveni realitate decât în momentul când omenirea va stăpâni fuziunea, oricare ar fi echipa care ar atinge-o. Ca şi într-un reactor, fuziunea trebuie să fie ţinută captiv în interiorul spaţiului desemnat cât mai stabil, pentru a se auto susţine, or, altfel, dacă e folosită în permanent o sursă de a iniţia plasma şi fuziunea, motorul, sau mai bine zis reacţia, nu generează energie net pozitivă. Prin urmare, dacă acele reactoare nucleare cu fuziune despre care vorbeam mai sus vor ajunge la realitate după anul 2030, atunci şi acest motor devine automat cât se poate de viabil şi valid ca sursă de propulsie spaţială a viitorului. Şi probabil şi motor celor de la NASA va beneficia de o validare automată. Doar că aici, fiind vorba de cele două surse de plasmă, îl putem face o uşoară analogie cu motoarele Twin Spark de pe Alfa Romeo clasice, care aveau două bujii într-un cilindru, pentru combustie din dublă sursă. Sigur, aici principiul e altul, dar analogia constructivă e memorabilă.

Vezi în video-ul de mai jos imagini cu construcţia noului motor, iar la final circa două secunde de generare de plasmă din demonstraţia de ieri.