Voisiko ydinkäyttöinen plasmaraketti viedä Marsiin kuukaudessa? Venäjä esitteli prototyypin – mitä tiede sanoo

Venäjän valtionyhtiö Rosatom kertoi helmikuussa laboratorion plasma­sähkömoottorin prototyypistä, joka perustuu magneettiseen plasma­kiihtymiseen. Yhtiön mukaan moottorin mitatut perusluvut ovat vähintään 6 N työntövoimaa ja vähintään 100 km/s pakokaasunopeus (≈ 10⁵ m/s), ja tekniikka voisi lyhentää Marsin matka-ajan 30–60 päivään. Uutisen nostivat esiin ydinalan ja tekniikkasivustot, jotka viittasivat Rosatomin omaan tiedotteeseen. (world-nuclear-news.org, Nuclear Engineering International, atommedia.online)

Rosatom kertoo lisäksi rakentavansa avaruusolosuhteita jäljittelevää tyhjiötestausta varten pitkää kammio­linjaa (noin ∅ 4 m × 14 m), jossa moottorin jatkuvaa ajoa ja materiaali­kestoa voidaan koestaa. (RD World Online)

Mikä plasma-/sähkömoottori on?

Sähköisissä moottoreissa (ionimoottorit, Hall-moottorit, VASIMR-tyyppiset plasmaratkaisut) pieni mutta yhtäjaksoinen työntö kasvattaa nopeutta pitkään. Sähkö tulee aurinkopaneeleista tai ydinreaktorista, ja korkea pakokaasu­nopeus säästää merkittävästi ajoainetta. Sähköpropulsio ei ole scifiä: NASA:n Dawn-luotain lensi jo kaksi pääkohdetta (Vesta, Ceres) käyttäen ionimoottoria, jonka työntö oli vain kymmenes­osan newtonista mutta käyntiaika vuosia. (NASA Science, Wikipedia)

Voiko Marsiin päästä 30–60 päivässä?

Lyhyesti: teoriassa kyllä, käytännössä ei vielä.
Sähkömoottorin työntövoima F skaalautuu karkeasti käytettävään sähkötehoon P ja pakokaasu­nopeuteen vₑ: F ≈ 2P/vₑ. Jos vₑ ≈ 100 000 m/s ja F ≈ 6 N, tarvitaan satojen kilowattien sähköteho – ja kestävä moottori, virtalähde sekä tehokas jäähdytys/radiaattorit. Tätä mittaluokkaa varten ydinsähkö on käytännössä ainoa realistinen lähde. (Vastaavat vaatimukset nousevat moniin megawatteihin, jos halutaan todella nopeat, kuukauden mittaiset lennot.) VASIMR-tutkimuksissa on esitetty jopa 39 päivän Mars-matkoja, mutta edellytyksenä on ollut kymmenien–satojen megawattien kevyt reaktori ja erittäin tehokas lämmön­poisto – teknologia, jota ei ole avaruuskelpoisena olemassa. (adastrarocket.com, Wikipedia, Universe Today)

Missä Venäjän “ydinavaruushinaaja” menee?

Venäjä on vuosia puhunut ydinsähköisistä kuljetus­moduuleista (TEM/“Zeus”). Julkisissa puheissa esiin on noussut mm. 2030-luvun aikajänne ja erilaiset koelennot, mutta ohjelman rahoitus ja tarkoituksenmukaisuus ovat ailahdelleet – Aviation Week raportoi 2024 suunnitelmista luopua Zev­s-hinaajasta ja siirtää painopistettä muualle. Toisaalta Roskosmos/Interfax on väläytellyt ydin­hinaajan käyttötapauksia mm. satelliittien siirrossa ja “avaruusjätteen siivoamisessa”. Kokonaiskuva: konsepti elää, mutta valmista järjestelmää ei ole. (aviationweek.com, Interfax)

Realismi nyt vs. lupaukset

• Plussat: Rosatomin luvut (≈6 N, vₑ ≥ 100 km/s) ovat insinööri­mielessä uskottavalla alueella laboratoriossa. Tällainen moottori, jos se saadaan avaruuskelpoiseksi ja yhdistettyä megawatti-luokan ydinsähköön, lyhentäisi selvästi siirto­aikoja ja tehostaisi rahti- ja tutkimus­lentoja. (Nuclear Engineering International, atommedia.online)
• Miinukset: Suurimmat esteet ovat reaktorin teho-massa-suhde, lämmönhallinta (radiaattorit), materiaali­kesto ja järjestelmän kokonais­integrointi – etenkin miehitetyissä lennoissa. 30–60 päivän Mars-lento edellyttää todennäköisesti useiden megawattien luokkaa olevaa (ja silti kevyttä) voimalinjaa, jota ei ole vielä olemassa. (adastrarocket.com, Wikipedia)

Johtopäätös: Rosatom on tuonut pöytään kiinnostavan labra­prototyypin, joka on askel kohti nopeampaa sähköpropulsiota. Mars kuukaudessa on kuitenkin vielä visio, ei tämän päivän suorituskyky.

Lähteet ja lisälukemista

• Rosatom – Laboratory prototype announcement (6 N, vₑ ≥ 100 km/s). (atommedia.online)
• World Nuclear News – “Mars in 30 days? Russia unveils prototype of plasma rocket engine” (uutisnosto Rosatomilta). (world-nuclear-news.org)
• Nuclear Engineering International – “Russia unveils plasma rocket engine prototype” (6 N, 100 km/s). (Nuclear Engineering International)
• R&D World – Tyhjiökammio ∅ 4 m × 14 m testejä varten. (RD World Online)
• Ad Astra / VASIMR – 39 päivän Mars-matka edellyttää ~200 MW tehoa; tieteellinen paperi. (adastrarocket.com)
• Wikipedia (päivitetty yhteenveto) – VASIMR-konseptin teho-/jäähdytysvaatimukset ja realistiset sovellukset. (Wikipedia)
• NASA – Dawn-luotaimen ionipropulsio (taustaa sähköpropulsiosta käytännössä). (NASA Science, Wikipedia)
• Aviation Week – Zeus/TEM-ohjelman perumisaikeet / fokusmuutos (2024). (aviationweek.com)