Jakie są niezwykłe formy napędu kosmicznego?
Typowe formy napędu kosmicznego to dziś rakiety na paliwo stałe, rakiety płynne i rakiety hybrydowe. Wszyscy przewożą paliwo na pokładzie i wykorzystują energię chemiczną do wytworzenia ciągu. Niestety mogą być bardzo kosztowne: dostarczenie ładunku o masie 1 kg na niską orbitę Ziemi może wymagać 25-200 kilogramów rakiety. Podnoszenie kilograma na niską orbitę Ziemi kosztuje co najmniej 4000 USD (USD) od 2008 r. Bardziej typowe może być 10 000 USD.
Rakietowe podejście do wystrzeliwania i podróżowania w kosmos jest zasadniczo ograniczone. Ponieważ rakieta musi napędzać własne paliwo w górę przez najgęstszą część atmosfery, nie jest to bardzo opłacalne. Nowszym wynalazkiem jest prywatny statek kosmiczny SpaceShipOne, który wykorzystał jednostkę nośną (Biały Rycerz) do przeniesienia jej na wysokość 14 km (8,7 mi) przed wystrzeleniem. Na tej wysokości, większej niż wysokość Mt. Everest, SpaceShipOne ma już ponad 90% atmosfery i jest w stanie wykorzystać swój mały silnik hybrydowy, aby przejechać resztę drogi do krawędzi kosmosu (100 km wysokości). Wczesne tanie, turystyczne statki kosmiczne wielokrotnego użytku będą prawdopodobnie oparte na tym modelu.
Oprócz paradygmatu rakiety chemicznej przeanalizowano kilka innych form napędu kosmicznego. W szczególności pędniki jonowe były już z powodzeniem wykorzystywane przez kilka statków kosmicznych, w tym Deep Space 1, który odwiedził kometę Borrelly i asteroid Braille w 2001 roku. Pędniki jonowe działają jak akcelerator cząstek, wyrzucając jony z tyłu silnika za pomocą elektromagnetycznego pole. W przypadku dłuższych podróży, takich jak Ziemia na Marsa, pędniki jonowe oferują lepszą wydajność niż konwencjonalne formy napędu kosmicznego, ale tylko z niewielkim marginesem.
Bardziej zaawansowane formy napędu kosmicznego obejmują napęd impulsów jądrowych i inne podejścia oparte na energii jądrowej. Gęstość mocy elektrowni jądrowej lub bomby atomowej jest wielokrotnie większa niż w przypadku dowolnego źródła chemicznego, a rakiety jądrowe byłyby odpowiednio bardziej skuteczne. Napęd z impulsem jądrowym, według jednego projektu z lat 60. XX wieku, zwany Orion - nie mylić z pojazdem eksploracyjnym załogi Orion z 2000 roku - że mógłby dostarczyć 200-osobową załogę na Marsa iz powrotem w zaledwie cztery tygodnie, w porównaniu do 12 miesięcy dla obecnej misji odniesienia NASA zasilanej chemicznie lub księżyców Saturna za siedem miesięcy.
Inny projekt o nazwie Projekt Daedalus potrzebowałby tylko około 50 lat, aby dostać się do Gwiazdy Bernarda, oddalonej o 6 lat świetlnych, ale wymagałby pewnego postępu technologicznego w dziedzinie inercyjnej fuzji zamkniętej (ICF). Większość badań nad napędem impulsów jądrowych została anulowana z powodu traktatu o częściowym zakazie prób w 1965 r., Choć pomysł ten został ostatnio odnowiony.
Inna forma napędu kosmicznego, żagle słoneczne, została szczegółowo zbadana w latach 80. i 90. XX wieku. Żagle słoneczne wykorzystują odblaskowy żagiel, aby przyspieszyć ładunek przy użyciu ciśnienia promieniowania Słońca. Nie przenosząc masy reakcyjnej, żagle słoneczne mogą być idealne do szybkiej podróży z dala od Słońca. Chociaż żagle słoneczne mogą przyspieszać do znacznej prędkości przez tygodnie lub miesiące, proces ten można skoczyć za pomocą laserów na Ziemi lub w kosmosie, aby skierować promieniowanie na żagiel. Niestety technologia składania i rozkładania wyjątkowo cienkiego żagla słonecznego nie jest jeszcze dostępna, więc może zaistnieć konieczność budowy w przestrzeni, co znacznie komplikuje sprawę.
Inną, bardziej futurystyczną formą napędu kosmicznego byłoby wykorzystanie antymaterii jako paliwa do napędu, podobnie jak niektóre statki kosmiczne w science fiction. Dzisiaj antymateria jest najdroższą substancją na Ziemi, kosztującą około 300 miliardów dolarów amerykańskich na miligram. Do tej pory wyprodukowano tylko kilka nanogramów antymaterii, co wystarcza na oświetlenie żarówki przez kilka minut.
Kluczowe rozróżnienie między wieloma wspomnianymi technologiami a rakietami chemicznymi polega na tym, że technologie te mogą być w stanie przyspieszyć statek kosmiczny do prędkości bliskiego światła, podczas gdy rakiety chemiczne nie. Tak więc długoterminowa przyszłość podróży kosmicznych leży w jednej z tych technologii.