I když nám současná kosmonautika přináší skvělé momenty, je vhodné ji čas od času opustit a vydat se v myšlenkách do vzdálenější budoucnosti, kde jsou možné věci, o jakých se nám dnes prakticky nezdá. Aby se ale tyto přelomové projekty mohly jednou realizovat, musí se na nich začít pracovat už nyní. Právě prvotní fáze nadějných technologií zahrnující různé modelování, vyhodnocování a rozebírání realizovatelnosti je pro další vývoj nezbytná, ovšem trvá dlouho a levná také není. Proto NASA vytvořila program NAIC, který funguje jako inkubátor nadějných technologií, které sice mají potenciál do budoucna, ale do jejich ostrého nasazení je ještě daleko. Dnes si tedy představíme další projekt, který se v rámci tohoto programu dočkal podpory.
Průzkum Marsu si v uplynulých dekádách získal zájem veřejnosti prostřednictvím špičkových robotických misí i snímků, které tyto mise pořídily a které živí naši kolektivní představivost. NASA také aktivně plánuje pilotovaný průzkum Marsu a již definovala klíčové schopnosti, které musí být vyvinuty, aby bylo možné provádět úspěšné a cenově efektivní programy, které by dostaly lidské bytosti na povrch jiné planety a bezpečně je vrátily zpět. Efektivní, flexibilní a produktivní obousměrné mise budou klíčem k dalšímu pilotovanému průzkumu Marsu. Nový koncept okružní cesty k Marsu však potřebuje výrazné vylepšení dlouhodobého skladování kryogenních pohonných látek v rozličných kosmických prostředích. Mezi relevantní pohonné látky patří třeba kapalný vodík pro tepelný jaderný pohon s vysokým specifickým impulsem, které by mohly být rozmístěny před začátkem mise na strategických místech.
Pokud by se to podařilo, tak by podobné vodíkové nádrže posloužily k dotankování pilotovaného marsovského planetoletu, aby byly cesty astronautů k Marsu a zpět rychlejší, bezpečnější a cenově dostupnější. Dobře navržená skladovací nádrž kryogenních pohonných látek dokáže odrážet drtivou většinu fotonů dopadajících na kosmickou loď, avšak ne všechny. V podmínkách, jaké panují na nízké oběžné dráze Země, je potřeba počítat se zbytkovým ohříváním kvůli světlu přímo ze Slunce, ale i světlen odraženým od Země, či vyzařováním černého tělesa ze Země. To v průběhu času vede k tomu, že část molekul paliva absorbuje potřebné skryté teplo vypařování, vstoupí do plynné fáze a nakonec musí být vypuštěny do okolního prostředí, aby se zabránilo neudržitelnému zvyšování tlaku v nádrži. Tento proces se označuje jako boil-off, což můžeme doslovně přeložit jako vyvařování, či odvařování a vede k významným ztrátám kryogenních látek do kosmického prostoru, takže kosmická loď nakonec může mít nedostatek pohonných látek, což by významně omezilo marsovské mise.
Autoři projektu MaRS ICICLE proto navrhli přelomový koncept mise – ultraefektivní okružní cestu k Marsu s nulovým odvařením pohonných látek. Tím chtějí umožnit nízkonákladové efektivní zásobníky schopné skladovat kapalný kyslík i kapalný vodík s nulovým vyvařením dokonce i v drsných a teplotně kolísavých prostředích nízké oběžné dráhy Země. Aby bylo možné dosáhnout těchto možností, chtějí výzkumníci vybavit nádrže pohonných látek tenkými, lehkými panely, které by byly umístěny na všech površích nádrží, které míří do hlubokého vesmíru. Tyto panely by měly využít již dlouho známou, ale zatím málo v praxi využívanou chladicí metodu známou jako ELC (Electro-Luminescent Cooling), která by odváděla teplo z chladných pevných povrchů jako nerovnovážného tepelného záření s výrazně vyšší hustotou výkonu, než jakou Planckův zákon připouští pro rovnovážné tepelné záření.
Takové nádrže pohonných látek by dramaticky snížily náklady a komplexnost pohonných systémů pro pilotované mise na Mars i dalších průzkumů hlubšího vesmíru. Kosmické lodě a sondy by si po dosažení oběžné dráhy mohly doplnit pohonné látky, takže by nemusely startovat na tak velkých raketách, jaké by potřebovaly bez možnosti dotankování. Aby bylo dosaženo nulového vyvaření, musí zásobník udržovat teplotu útrob nádrže pod bodem varu skladované kryogenní látky, což je méně než 90 K pro kapalný kyslík a méně než 20 K pro kapalný vodík. Dosáhnout toho v teplotním prostředí, které odpovídá podmínkám na LEO vyžaduje jednak mimořádnou odrazivost pro sluneční záření a tepelné vyzařování Země, Marsu a dalších blízkých těles, ale také energeticky účinné chladicí mechanismy pro odstranění té nevyhnutelné trošky tepla, která pronikne dovnitř. Tyto dvě podmínky jsou pro chladicí systémy ELC ideální a mají zajistit úspěch okružní mise na Mars s návratem na Zemi.
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/04/niac25ph2-raman.png
