Nejen solární, ale i mikrovlná plachta

Projekt bezpilotní kosmické plachetnice Cosmos 1 (nebo Cosmos Sail) sleduju už dlouho. Mj. má jít o první nestátní pokus o meziplanetární kosmický let. Zajímavá je ale i celá americká Planetární Společnost, které předsedá Ann Druyn, vdova po Carlu Saganovi, známém americkém planetologovi, spolutvůrci úspěšných amerických meziplanetárních sond ze 70.let, a jak se po jeho smrti prozradilo, též kuřáku marihuany :-) Spolu se kromě kosmických úletů věnovali například psaní srovnávací děl z biologické větve antropologie. S údivem zjišťuji, že jsem o projektu solární plachetnice Cosmos 1 na TečceCZ ještě nepsal, nebo alespoň ne v této rubrice - nebo jsem jen zapoměl ve kterém článku to bylo, nevím.

Plachetnice Cosmos 1 má být vypuštěna pomocí ruské konvertované balistické střely Volna [spaceflightnow.com] z paluby ponorky.

Podle článků na Spacedaily.com [1], [2] bude plachetice Cosmos 1 na oběžné dráze využita jak k experimentům se solárním pohonem, tak k experimentům s pohonem kosmické lodi mikrovlnami - na sondu se zaměří 70m radioteleskop kalifornské Jet Propulsion Lab. Výsledný tah bude menší, než tah vyvolaný tlakem slunečního záření, ale jde o důležitý experiment. Všechny současné výpočty náročnějších kosmických letů vedou k nerealistickým nárokům na spotřebu paliva - ovšem pokud by se podařilo energii kosmické lodi dodávat v nehmotné formě - například prostřednictvím mikrovln - umožnilo by to radikálně snížit poměr hmotnosti paliva na celkové hmotnosti lodi. Tento experiment nemá význam ani tak pro lety v rámci sluneční soustavy, jako spíš pro mezihvězdné lety ve vzdálenější budoucnosti - tam vychází hmotnost kosmické lodi a energetická spotřeba natolik naprosto nerealisticky, i za předpokladu, že veškerá energie na palubě by byla uskladněna ve formě antihmoty, a účinost přeměny hmoty na energii by byla téměř 100%. Jedinou šancí je proto hmotnost lodi radikálně snížit, uspořádat jí jako solární, laserovou či mikrovlnou plachetnici, a pohánět ji z mohutného zdroje záření umístěného na vhodné oběžné dráze kolem slunce - mohlo by jít např. o určitý druh koncentrátoru slunečního záření. Podobný scénář letu má ovšem značné problémy s bržděním u cíle - alespoň do té doby, než bude vyudována síť zářičů, použitelných pro brždění, i u jiných hvězd - ale to už je čirá fantazie :-)

Pro lety v rámci sluneční soustavy ale dost možná budou stačit obyčejné solární plachetnice. Ty budou akcelerovat relativně pomalu - ovšem nikde není psáno, že pilotovaný planetolet musí být pilotovaný po celou dobu letu. Autoři sci-fi nás příliš nepřipravovali na takové scénáře letu, kdy pilotovaná kosmická loď pomocí slunečních plachet (nebo také třeba iontových motorů) odstartuje bez posádky nejprve pomalu zvyšuje svoji oběžnou dráhu, třeba k Lagrangeovu libračnímu bodu (vlastně nevím, jak by to bylo s lety dál). Na toto stoupání by při klasickém pohonu spotřebovala drtivou většinu paliva. Během této fáze letu se loď mj. bude nebezpečně dlouho nacházet uvnitř radiačních pásů Země - ale především se bude pohybovat zatím ještě velice pomalu, a bylo by zbytečné v této fázi letu plýtvat zásobami a kyslíkem pro posádku. Až bude kosmická loď natolik vzdálena od Země, že k opuštění oběžné dráhy bude stačit už jen relativně malé zrychlení, dožene posádka solární plachetnici pomocí klasické kosmické technologie 60.let 20.století - kdyby k tomu mělo dojít v blízké budoucnosti, mohla by jako takový "přívoz" být zřejmě poměrně levně použita modifikovaná ruská loď typu Sojuz, vypuštěná raketou Proton.

Solární plachetu je zdánlivě možné použít pouze k akceleraci směrem od Slunce - ve skutečnosti ale většinou stačí pouze měnit absolutní rychlost kosmické lodi, a k daší navigaci používat různé gravitační manévry. K navedení na oběžnou dráhu Marsu lze navíc poměrně jednoduše využít aerodynamické brždění v řídké atmosféře Marsu (označované jako aerobraking). Vhodným manévrováním (natáčením plachty) by pak zjevně bylo možné použít sluneční plachetnici i pro opuštění oběžné dráhy jiné planety. Při cestě zpět je potřeba si uvědomit, že energeticky náročný není ani tak samotný přelet, jako sestup na nízkou oběžnou dráhu - už jen start geostacionární družice je daleko náročnější, než start na nízkou oběžnou dráhu, a to samé platí pro brždění. Solární plachetnice budou proto asi zůstávat na složitých drahách velmi daleko od Země, a pro přelety posádek mezi povrchem Země a těmito složitě manévrovatelnými jachtami bude asi ještě dlouho využívána archaická technologie malých jednoúčelových kosmických lodí - jakékoliv sofistikované raketoplány budou ještě dlouho schopné dosáhnout pouze LEO (low earth orbit - nízkou oběžné dráhu). Přitom nejde jen o energii potřebnou k navedení na nějakou vyšší dráhu, ale i o schopnost návratu do atmosféry zhruba druhou kosmickou rychlostí - toho byly z veškeré existující kosmické technologie zatím schopné jen lodi Apollo a Sojuz (pokud se nepletu - je pravda, že existovaly plány na úpravu lodí Gemini pro lety na Měsíc...)

Přijde mi fascinující, jak se technologie kosmických plachetnic obloukem vrací k zdánlivě zbytečným znalostem minulosti - třeba ke klasické mořeplavbě. Přitom je to docela logické: ekonomické a "ekologické" (v širším slova smyslu) úvahy se týkají každého prostředí, i meziplanetárního prostoru. V kombinaci s opožděným startem posádky z povrchu planety (palivo pro start z Marsu lze prokazatelně vyrobit přímo na Marsu) a s několikadenním "doháněním" velké lodi v malém a lehkém kosmickém "motorovém člunu" představuje solární pohon docela dobrodružnou alternativu k industriálním vizím kosmických letů, jak si je představovalo 20.století: místo jaderného pohonu a přímočarých přeletů z místa na místo nás čekají složité a výpočetně náročné manévry, maximální šetření palivem, manévrování obrovskými kosmickými plachtami, nutnost dlouhodobého přežití posádky v uzavřeném ekosystému lodi, a pak přestupy mezi "pobřežními čluny" a "dálkovými loděmi" v ještě daleko větší míře, než kterou přinesl například projekt Apollo.

Jsem si jist, že přesně takovouto vizi relativně nenáročných a dobrodružných kosmických letů má Planetární Společnost na mysli, když se chystá provést první pokus se solární plachetnicí.

Nezbývá než dodat, že vhodnou rostlinou pro pěstování na palubách kosmických plachetnic by určitě mohlo být konopí - neexistuje jiná rostlina, s jejímž hydroponickým pěstováním by mělo lidstvo tolik zkušeností ;-), a kosmonauti na solárních plachetnicích budou potřebovat nějakým způsobem zabít opravdu velké množství času. Pěstování a konzumace konopí během kosmických letů by mohlo řešit problém výroby kyslíku a recyklace odpadu a CO₂, vyrobená biomasa by určitě šla také využít. Permanetní zhulenost by navíc byla docela humání alternativou k hibernaci či zmražení ;-) Další alternativou pro drobné korekce dráhy letu by mohly být například iontové motory poháněné elektřinou vyráběnou na rotopedech (na kterých si kosmonauti tak jako tak procvičují svaly) ;-)