Raketten, som kan revolutionere rumfarten
Fusionsraketten kan fragte astronauter hurtigere og billigere til andre planeter.

Raketmotoren Fusion Driven Rocket udvikles af firmaet MSNW med støtte fra NASA. Den kan forkorte rejsetiden til Mars og andre kloder dramatisk, og betyde en revolution for bemandede rumfarter. (Illustration: NASA/MSNW, bearbejdet af forskning.no)

Raketmotoren Fusion Driven Rocket udvikles af firmaet MSNW med støtte fra NASA. Den kan forkorte rejsetiden til Mars og andre kloder dramatisk, og betyde en revolution for bemandede rumfarter. (Illustration: NASA/MSNW, bearbejdet af forskning.no)

Raketmotoren skal kunne forkorte rejsen til Mars fra flere måneder til kun 30 dage. Jo kortere tid rejsen tager, desto mindre farlig stråling bliver astronauterne udsat for.

Motoren kombinerer også lav vægt med høj effekt. Dette vil reducere prisen, og kan betyde en revolution for interplanetariske rumrejser, ifølge hjemmesiden for NASAs afdeling for avanceret fremtidsteknologi, NIAC.

Bittesmå hydrogenbomber

NIAC financierer udviklingen af motoren Fusion Driven Rocket (FDR). Den udvikles af det amerikanske firma MSNW, og ligner i princippet en lille bitte hydrogenbombe, eller rettere sagt en serie kernefysiske bomber.

De eksploderer lige efter hinanden, som en maskingeværsalve ud af dysen på raketten. Sådanne kernefysiske reaktioner udvikler meget mere energi end den kemiske forbrænding, som driver almindelige raketmotorer.

Giganten Orion

Ordet kernefysisk bombe har ikke ligefrem en skøn klang. Derfor blev en tilsvarende teknologi fra Den Kolde Krigs dage, projekt Orion, skrinlagt, da aftalen om stop for atomprøvesprængninger blev underskrevet i 1963.

Men Orion og FDR er også meget forskellige på mange måder. Orion brugte samme type kædereaktion som i almindelige atomkraftværk og atombomber. Det kaldes fission, altså deling eller spaltning.

I fission spaltes tunge grundstoffer, for eksempel uran, til lettere grundstoffer. Så frigøres der energi.

Sådan fissionsbomber skal være ret store for at få gang i kerneprocesserne. Dermed skulle Orion-skibet være tilsvarende stort og tungt, mange tusinde ton, for ikke at blive knust af trykkraften fra bomberne.

Skaleres ned

FDR bruger i stedet den modsatte reaktion, fusion. Det er samme type processer, som laver energi inde i solen.

En mindre, 6000 ton version af Orion-rumskibet i bane rundt om planeten Saturn, som computergrafikeren tænker sig det. Tre størrelser blev planlagt i den oprindelige rapport, fra titusind til otte millioner ton. Vi ser gløden fra en atombombeeksplosion bag rumskibet (Illustration: NASA)

Lette grundstoffer, som hydrogen, smelter sammen under voldsomt tryk og temperatur til tungere grundstoffer.

Sådanne fusionsbomber behøver ikke være store. De kan skaleres voldsomt ned, til cirka en milliarddel af de krigeriske hydrogenbomber.

Kraften bliver mindre og lettere at håndtere, men fortsat mere end stor nok til at drive et passende rumskib til Mars og endda længere ud i solsystemet.

Varmekraftværk

Men hvorfor i det hele taget bruge en serie med bittesmå bomber? Hvorfor ikke lade fusionen forløbe jævnt, som inde i solen?

At holde en jævn fusionsproces i gang er meget svært. Et af de største forskningsprojekter i dag går ud på at lave en sådan fusionsreaktor, International Themonuclear Experimental Reactor (ITER) ved Cadarache i Sydfrankrig.

Projektet vil først producere energi omkring 2027, og ITER er kun en prototype. Energien i ITER og dens efterfølgere skal bruges til at lave elektrisk energi, som i alle andre kernefysiske kraftværk.

Disse kraftværker er i princippet varmekraftværk, som driver turbiner med varm gas eller væske, akkurat som for eksempel kulkraftværker. Forskellen er kun, at varmen kommer fra kernereaktioner.

Ionmotorer

Også rumskibe kan drives efter dette princip. Den elektriske strøm kan bruges til at sætte fart på elektrisk ladet gas. Dette kaldes ionmotorer eller plasmamotorer.

Sådanne motorer er mere effektive end motorer drevet af kemisk forbrænding, men de er mindre effektive end fusionsmotoren FDR.

Metal mod gasboble

a) En gasboble (gul) af hydrogenvarianterne deuterium og tritium føres ind i fusionskammeret. Metalfolier (grønne) skydes med stor kraft ud fra magneter (røde). b) Gasboblen holdes på plads af magnetfelterne, mens metalfolierne nærmer sig. c) Metalfolierne presser gasboblen sammen. Fusionsprocessen udvikler varme. d) Varmen fordamper metalfolien, som udvider sig voldsomt og stødes ud bagtil gennem raketdysen. Sådan laves fremdriften. (Figur: NASA/MSNW, bearbejdet af forskning.no)

FDR går nemlig ikke vejen rundt om varme og elektricitet. Her er det selve eksplosionen som udslynger gasser fra rakettens dyser.

Kraftige magnetfelter skyder små metalfolier mod en boble af elektrisk ladet gas. Denne gas består af deuterium og tritium, to varianter af hydrogen.

Metalfolierne rammer gasboblen, som også holdes fast af et magnetfelt. Gasboblen presses voldsomt sammen, så fusionsreaktionerne starter.

Energien, der udvikles, får metalpladerne til at fordampe. Denne damp slynges ud med stor fart fra FDR-motorens dyse.

Til Mars i 2030?

Teknologien var kendt allerede under Den Kolde Krig. Nu er imidlertid en generation af fysikere fra denne epoke faldet fra, og gamle forskningsresultater må graves frem igen.

NASA har finansieret første fase af projektet, og 1. august i fjor blev sagt god for videre udredning gennem fase 2.

Går det som projektleder John Slough og hans kolleger i MSNW håber, vil en bemandet færd til Mars kunne starte omkring 2030. Og færden vil altså i bedste fald kun tage 30 dage.

© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om den 'sure' skildpadde her.