StarTram – vlakom na obežnú dráhu?

Prianie je otcom myšlienky a myšlienka je matkou každého (nielen) technického riešenia. No nie každý nápad je realizovateľný bez následnej katastrofy. Cestu na Mesiac v delovom projektile by „nerozchodil“ žiadny kozmonaut, ani iný živý tvor, odhliadnuc od takej maličkosti, že delo potrebnej ráže a sily nie je možné na báze chemickej pyrotechniky zostrojiť.

Iné – elektromagnetické – delo však nájde zrejme reálne uplatnenie v omnoho prozaickejšom prostredí. Hovorí sa, že takéto konvenčné zbrane plánuje nasadiť americké námorníctvo. Elektromagneticky urýchľované projektily dokáže jeho hlaveň údajne dopraviť na vzdialenosť až 75 kilometrov, teda ďaleko za horizont a niekoľkokrát ďalej, než súčasné konvenčné delostrelectvo.

Stretneme sa na stanici?

Princíp elektromagnetického urýchľovania hodlali pri cestách do vesmíru využiť aj autori vedeckej fantastiky, pričom teoreticky nejde o úplný nezmysel. Vlaky využívajúce princíp magnetickej levitácie (maglev) už dnes vo viacerých krajinách existujú a dosahujú rýchlosti takmer 600 km/hod. Na dosiahnutie obežnej dráhy Zeme to síce zďaleka nestačí, ale magnetický urýchľovač, pokiaľ by bol realizovaný na dostatočne dlhej trati a s dostatočnou indukciou je schopný vytvoriť enormné zrýchlenie a následne teoreticky aj prvú kozmickú rýchlosť (7,8 km/s) potrebnú na dosiahnutie orbitálnej dráhy.

Umelecké vízie projektu StarTram

Práve táto schopnosť je výhodou elektromagnetického dela. Lenže ani delové náboje nelietajú prvou kozmickou rýchlosťou, pretože by trením vo vzduchu jednoducho zhoreli skôr, než by stihli doletieť do cieľa. Toto je jedným z veľkých problémov pri prípadnej realizácii kozmického „vlaku“. Aby po dosiahnutí vysokých rýchlostí kozmický projektil nezhorel, musel by sa pohybovať vo vákuovej trubici, v špeciálnom tuneli dlhom minimálne 130 km. Ale prečo nie?, hovoria si priaznivci konceptu StarTram. Ide o projekt, ktorý niektorí odborníci považujú za najrealistickejší súčasný koncept lacného vysokokapacitného vypúšťania materiálu na obežnú dráhu, inak povedané o náš „starý známy“ vesmírny maglev.

Tip: Vesmírny výťah – ekologicky na obežnú dráhu?

Faktom je, že materiály a technológie, ktoré by na jeho výstavbu a prevádzku boli potrebné už dnes existujú, ba aj sa využívajú. To je rozdiel oproti iným alternatívnym metódam cestovania do vesmíru, napríklad vesmírnemu výťahu.

LEO lacno a rýchlo

Sú tu však kvantitatívne rozdiely a ďalšie bariéry. Oproti hrubej a možno až stovky kilometrov dlhej vákuovej trubici je aj najväčšie súčasné dielo (alebo skôr delo?), ktoré by sa s ním dalo porovnať – veľký hadrónový urýchľovač LHC vo švajčiarskom CERN-e – len detskou hračkou. Ak ale položíme na váhy obrovské prostriedky, ktoré stál napr. projekt amerických raketoplánov, alebo medzinárodnej stanice ISS, nie sú stovky miliárd UDS potrebné na vybudovanie vákuového tunela a potrebne elektromagnetickej infraštruktúry ničím výnimočným. Investície by sa v prípade fungujúceho projektu navyše rýchlo vrátili, pretože náklady na vynesenie 1 kg nákladu na nízku obežnú dráhu (LEO), kde lietajú napríklad navigačné satelity GPS a Galileo, by sa pri StarTrame mali pohybovať okolo 40-50 USD. Dnes pri chemických raketových nosičoch predstavujú náklady cca 10 000 USD/kg pri nízkej orbite (pri geostacionárnych družiciach až 20 000 USD/kg). Ekonomika projektu vyzerá na prvý pohľad priaznivo, hoci čísla si vyrobí každý také, aké mu lepšie vyhovujú. Niektorí autori odhadujú náklady na stavbu tunela vrátane vývoja komponentov „len“ na zhruba 30 miliárd USD. To je niekoľkonásobne menej ako stál projekt raketoplánov a menej ako projekt Apollo.

Nemálo otáznikov

Ak necháme bokom všetky tie supravodivé magnety, chladiace systémy a energetické nároky, zabudneme na riziko dehermetizácie vákuového tunela, ktoré by malo za následok zničenie dopravného modulu a dramatické poškodenie rúry následkom výbuchu a zopár ďalších otáznikov, stále zostáva niekoľko vážnych prekážok. A tie, podľa môjho názoru vesmírny vlak stále pevne kotvia vo vodách sci-fi.

Aby na trati 130 km dosiahol modul rýchlosť z nuly na nejakých 8 – 9 km/s (s rezervou na prekonanie brzdiacej rázovej vlny pri opustení trubice), musel by dosahovať zrýchlenie 30g. Celý „špás“ štartu na 130 km trati by trval asi 30 sekúnd. Keďže ani trénovaní piloti stíhačiek a kozmonauti nevydržia viac ako 10g, je jasné, že v takejto podobe sa s výletmi ľudí do kozmu môžeme rozlúčiť. Aby bolo zrýchlenie akceptovateľné pre vesmírnych turistov musel by štart trvať možno 5 minút (pri zrýchlení 3g), čo by si vyžadovalo enormný vákuový tunel dlhý mnoho stoviek kilometrov a značne by nám to pokazilo ekonomickú kalkuláciu. Ale nevadí, na dopravu nákladov a družíc by sa takýto koncept teoreticky použiť dal.

Vlaky s magnetickou levitáciou nájdeme aj v reálnej prevádzke. Držia sa však pekne pri zemi.

Mierne nedoriešenou je však otázka „výstrelu“ projektilu z hlavne. Ak by sa tak stalo v hustých vrstvách atmosféry, boli by sme akurát svedkami pestrofarebného žiarivého ohňostroja, pretože by modul okamžite zhorel. Preto autori projektu StarTram rátajú so zdvihnutím posledného úseku rúry kdesi na úbočí veľhôr tak, aby k vypusteniu došlo vo výške cca 6000 m nad morom. Vzduch je tam skutočne podstatne redší, ako pri zemi, ale stále dosť hustý na to, aby trením vznikla energia 30 kW/cm2, teda zhruba rovnaká, ako pri vstupe raketoplánov do atmosféry pri návrate na Zem. Tepelný štít už dnes máme zvládnutý, aj spomalenie 18g, ktoré na modul doľahne pri náraze o atmosféru, otázkou je, na ktorú šesťtisícovku by sme asi chceli takýto tunel vyústiť. Najbližšie by sme to mali na Kaukaz. A na lety s ľudskou posádkou opäť zabudnime, pretože 18g je čosi, čo by posádku spoľahlivo rozdrvilo. Tu by vyústenie muselo byť podstatne vyššie, snáď až 20 km, aby modul vletel do dostatočne riedkej atmosféry. Na takéto konštrukcie sme však zatiaľ nedorástli.

Osobitnou kapitolou je porušenie vákua v trubici pri otvorení výpuste. Podporovatelia projektu tvrdia, že by sa vniknutiu vzduch dalo zabrániť tzv. magnetohydrodynamickým oknom, ktoré pomocou elektromagnetického poľa ionizuje molekuly vzduchu snažiace sa o vniknutie do tunela a tie sú potom vypudzované elektromagnetickým poľom. Zdanlivá banalita je enormne dôležitá, pretože vniknutie vzduchu do tunela by odstavilo jeho spôsobilosť pre ďalšie štarty až do obnovenia vákua.

Zdá sa teda, že ani magnetický vesmírny vlak nie je takou horúcou témou, aby sa s ním dalo počítať v najbližších desaťročiach aspoň pri doprave nákladov na nízku obežnú dráhu. Ale nezúfajme, konšpirátori tvrdia, že veľmoci už dávno držia v šuplíku technológie mimozemšťanov. Ktovie, možno ich už čoskoro vytiahnu, aby sme nemuseli ťahať dopravnú infraštruktúru do Himalájí.

O koncepte Startram píše napr. server Gizmag.

Foto: Gizmag