Tramvaj ke hvězdám: StarTram místo raket

Martin Tůma  |  Vesmír
(zdroj: StarTram)

Způsob dobývání vesmíru je již zastaralý a neefektivní. Je třeba najít něco nového a nabízí se technologie, kterou už používají levitující vlaky.

Pokud chceme jako lidstvo mít nějakou budoucnost, musíme do vesmíru. Ale to nejde současným způsobem, kdy s sebou nahoru táhneme všechnu energii. Potřebujeme zařízení, které je napájené zvenku; které je moderní a nekonvenční. Jako je třeba StarTram.

Jan Neruda pradávnou touhu lidí po vesmíru krásně vyjádřil v Písních kosmických:

My přijdem! Odpusť, matičko,
již jsi nám, Země, malá,
my blesk k myšlénkám spřaháme
a noha parou cválá.

Už básníkovi současníci spřádali plány na cestu ke hvězdám; Jules Verne nechal své literární postavy na Měsíc vypravit výstřelem z děla Kolumbiada. Od té doby jsme ušli opravdu dlouhou cestu, přesto ani dnešní způsob úniku ze zemské přitažlivosti neotevřel lidstvu dveře vesmíru dokořán.

Od vynálezu první rakety se toho v této oblasti zase tak moc nezměnilo. Máme větší rakety, lepší technologie, ale princip je pořád stejný. Posadíme posádku na ohromnou nádrž s vysoce explozivním – někdy i vysoce toxickým – palivem a už to jede. Po pár minutách drtivého přetížení dosáhneme na samotný práh vesmíru, nízkou oběžnou dráhu Země (LEO), ale za jakou cenu? Kromě orbitálního modulu veškerý další použitý hardware shoří v atmosféře. Toto nehorázné plýtvání není levné – cena dopravy kilogramu nákladu na LEO se pořád pohybuje okolo deseti tisíců dolarů.

Výtah?

V současnosti běží několik projektů, které mají za cíl export do vesmíru zlevnit. Nejdále je SpaceX se svou koncepcí rakety, jejíž jednotlivé moduly by měly opět přistát na místě startu a být tak k dispozici pro další použití.

Někteří si lámou hlavu nad konstrukcí kosmického výtahu. Jeho základem by mělo být lano z výjimečně pevného, ale zároveň lehkého materiálu, jenž unese nejen vlastní váhu, ale i modul, který se po něm bude šplhat. Jako kotva na oběžné dráze bude působit odstředivá síla. I když se tento projekt možná zdá být nerealistický nebo příliš visionářský, NASA pořádá pravidelné soutěže robotů ve šplhání po laně, stejně jako v konstrukci tohoto lana.

Ale je tu ještě další způsob, který připomíná Verneův nápad z knihy Cesta na měsíc. Místo gigantické dělové hlavně by to byl několik desítek kilometrů dlouhý tubus a ohromné množství střelného prachu by nahradilo silné magnetické pole.

Od Šinkansenu ke StarTramu

Vlaky využívající magnetickou levitaci trhají rychlostní rekordy. Na rozdíl od klasických vlaků neřeší tření ani valivý odpor – díky silným magnetům se vznášejí několik milimetrů nad tratí a kupředu je žene lineární motor.

Jenomže mít maglev je mnohem více otázkou prestiže než ekonomického zisku. Na světě dnes fungují pouze dvě komerčně provozované tratě a ani jedna z nich nevyniká svoji délkou. Na své devítikilometrové štrece se předvádí Limino, městský pendl v japonské aglomeraci Aichi. Jeho rychlost je omezena na pouhých 100 km/h. Druhá trať o délce 30 km je v čínském Šanghaji a spojuje letiště s centrem města. Pro Čínu ji postavilo konsorcium Transrapid s výraznou účastí Německa. Tento vlak si to už uhání průměrnou rychlostí 266 km/h a dovede zrychlit až na 501 km/h. Po celém světě se ale již staví celá řada dalších tratí, jedna z nich by měla být letos uvedena do provozu v jihokorejském Inčonu.

Ale na vesmír rychlost 500 km/h nestačí. K překonání gravitace – hroudy, jež nám nohy víže – je potřeba mnohem víc. První kosmická rychlost, potřebná pro dosažení orbitu, je 8 km tedy 28 800 km/h. Dostatečně dlouhá trať a dostatečně silný motor by nám měly umožnit překážky na cestě do vesmíru překonat. Takhle uvažuje projekt StarTram –„Hvězdná tramvaj“ či spíše „Tramvaj ke hvězdám“.

Ukončete výstup a nástup… (zdroj: StarTram)
Ukončete výstup a nástup… (zdroj: StarTram)

Pekelně horké skoro nic

Kosmické lodě se při návratu na Zem mění v pekelně nažhavený dopravní prostředek. Tomu musí být uzpůsobena jejich konstrukce, ať už se jedná o ablativní tepelný štít, charakteristický pro ruské lodě, nebo keramickou izolaci, jakou měly americké raketoplány. Vyžaduje to zemská, ve vrchních vrstvách relativně řídká, atmosféra.

Teď si ale představte opačný problém – vlak letící nad tratí, magnetickým polem urychlovaný na téměř 30 000 km/h. V nejhustší atmosféře u povrchu Země by třením vznikla teplota přesahující možnosti současných materiálů.

Tento problém by nevznikl, kdyby StarTram startoval z povrchu Měsíce, obklopeného téměř vakuem. To neklade odpor, takže by nedocházelo k přehřátí povrchu. Navíc úniková 2. kosmická rychlost, potřebná na opuštění Měsíce, je jenom 2,4 km/s, tedy pětkrát nižší než ze Země.

Rakety Maglev by bylo na vhodných místech možné vypouštět rovnoběžně s povrchem Měsíce. To na Zemi není možné. Zdejší startovací trať by musela mít celkem slušný sklon – na délce 130 kilometrů by se zvedla minimálně o šest kilometrů. Samozřejmě se nepočítá s tím, že by to celé stálo na podstavcích; autoři projektu vytipovali několik vhodných hor, o které by mohli konstrukci opřít:

  • Mt. St. Elias, Aljaška (nevýhoda, je to uvnitř rezervace)
  • Sopka Klyudevskaya, Kamčatka (nestabilní, seizmicky aktivní oblast)
  • Gongga Shan, Čína (americký systém v Číně, to myslíte vážně?)
  • Grónsko (postaveno na ledu, který se hýbe)

Celý systém předpokládá, že StarTram bude opouštět tunel rychlostí přes 8 km/s. I když ho atmosféra zbrzdí, jeho rychlost musí být taková, aby ho vynesla na oběžnou dráhu. V tubusu bude proto nutné udržovat velmi nízký tlak vzduchu, aby se vlak už uvnitř neusmažil třením. Proto se počítá s odčerpáváním vzduchu systémem ventilů a pump.

Výhled asi nebude nejlepší… (zdroj: StarTram)
Výhled asi nebude nejlepší… (zdroj: StarTram)

Opravdový oříšek je potom konec tubusu, kde nemůže být pevná záklopka. Místo ní tam bude instalováno okno MHD, neboli magneto-hydrodynamické okno. Technologii sice známe, ale ne na úrovni, kterou pro tento projekt potřebujeme. Má se jednat o silné magnetické pole, které bude odpuzovat ionizovaný vzduch.

Bude to trochu házet

Tubus StarTramu má být dlouhý hliníkový tunel omotaný vodičem; ve své podstatě jedna velká dutá cívka. Hlavní pohon by sice zajišťovaly supravodivé magnety uvnitř StarTramu, ale napájena je vnější část, cívka kolem hliníkového tubusu. To je hlavní výhoda systému: přibližně 1050 GJ potřebných na urychlení čtyřiceti tun těžkého vlaku lze dodat externě.

Supravodivý magnet na palubě StarTramu bude v řízené interakci s magnetickým polem tubusu zajišťovat zrychlení modulu a zároveň automaticky kompenzovat výchylky od středu tubusu. Mezi StartTramem a stěnou bude jenom malá mezera, moc prostoru na chybu tedy nebude. Ale díky symetrii magnetického pole se o vyrovnání postará sama fyzika bez nutnosti zásahu člověka.

Výsledkem má být doprava 35 tun nákladu na oběžnou dráhu LEO za cenu kolem 40 dolarů za kilogram. To je skoro méně, než když si necháte dovézt živé ryby na sushi letadlem DHL. Znamenalo by to opravdovou revoluci v dobývání vesmíru a StarTram by se tak stal opravdovým vlakem ke hvězdám.

Ale bude to trochu házet. V tunelu si náklad užije 30 g při zrychlování a pak dostane druhou pecku, 18 g zpomalování třením o atmosféru. Ale cesta na LEO je otevřena.

A letíme! (Zdroj: StarTram)
A letíme! (Zdroj: StarTram)

Několik ale

První omezení spočívá v přetížení, které vyřadí ze hry jakýkoli trošku subtilnější náklad – například lidskou posádku. Pro ně bude určen StarTram Gen-2, který má mít délku tubusu přes tisíc kilometrů a vyústění ve výšce dvaceti kilometrů. To už není sci, ale ryze fi.

Druhé ale je okno MHD. Jisté zkušenosti se systémy MHD máme například z pohonu lodí, ale systém, který by se postaral o uzavření tunelu na druhém konci, není k dispozici. Na jeho vývoj je potřeba odhadem miliarda dolarů a přitom není vůbec jisté, jestli je to konečná suma a jak bude vypadat faktická realizace.

A zbývají peníze. Na vývoj a postavení prvního tunelu je potřeba přibližně dvacet miliard dolarů. Na jednu stranu je to pouhých 20 % odhadované ceny programu Constellation, anebo dva týdny v rozpočtu ministerstva obrany. Jenomže to není až tak malá suma pro rizikový kapitál a jiní investoři se těžko shánějí.

Celý projekt je velmi futuristický, neodzkoušený a v průběhu výstavby může narazit na nepředpokládané problémy. Možná by bylo lépe jít oklikou: první StarTram postavit na Měsíci pro zásobování lodí na LEO a teprve potom se vrátit, bohatší o zkušenosti, k tomuto projektu na Zemi.

StarTram hledá dobrovolníky

Pokud chceme jako lidstvo mít nějakou budoucnost, do vesmíru musíme. Současná technologie raket nedoznala od doby, co si první Číňan vystřelil raketu s ohňostrojem, nijak výraznějších pokroků. Princip je pořád stejný, jenom je lepší technika.

Proto je potřeba přijít s něčím jiným, jako je StarTram nebo kosmický výtah. Dokud nevymyslíme funkční antigravitaci nebo něco podobně převratného, moc jiných možností nemáme. StarTram hledá dobrovolné spolupracovníky, takže pokud vás téma oslovilo, zkuste prostudovat co potřebují a přidat se. Třeba budete psát dějiny dobývání vesmíru.

Upozorním ještě na další, podobně extravagantní projekt – raketové sáně používající maglev. V podstatě se jedná o první stupeň klasické rakety, který ale nemá letět kolmo vzhůru. Místo toho se má svézt dolů z kopce a potom vystřelit směrem ke hvězdám zbytek rakety. Tento projekt nepředpokládá stavbu tubusu, ale prokopání tunelu vysoko v horách, kterým by se prohnaly raketové sáně na magnetickém polštáři. Další podrobnosti najdete na tomto webu.

Další informace:

Nejčtenější