Det är inte Rocket Science: Vi behöver ett bättre sätt att komma till rymden

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Publikationen bidrog med artikeln till ProfoundSpace.orgs Expert Voices: Op-Ed & Insights.

Människor kommer alltid att vara upptäckare. Vi har ganska bra undersökt vår planet, vår lilla blå punkt, för svar och hittade bara fler frågor. Varför är vi här? Hur kom vi hit? Vad betyder det?

Vi har redan tagit barnsteg ut i solsystemet. Men billig, prisvärd rymdresor skulle vara revolutionerande, härrörande i teknik som vi ännu inte har föreställt oss. Sociala och ekonomiska förändringar som infördes via internet skulle bleka i jämförelse.

Men här är saken: vi kommer inte att gå till stjärnorna i en raket. Raketer är ett hemskt sätt att komma till rymden.

Orbit är en balansräkning

Det finns ett ord i orbitalmekanik: Att komma till omlopp är halvvägs till var som helst. Orbit är det enklaste sättet att gå permanent till rymden. Det är ett stort första steg på vägen att lämna jordens allvarlighetsgrad bakom.

Att vara i omlopp betyder att du är balanserad - mellan tyngdkraften drar dig ner och din egen drivkraft flyter dig till yttre rymden. Du stannar i samma höjd som går runt jorden eftersom du går framåt så fort att jorden sjunker bort under dig med samma hastighet som du hamnar i den. Att sakta ner lite återvänder dig till tyngdkraften. Men snabba upp lite och du kan lämna jorden tillsammans.

Orbit är ingången till solsystemet, galaxen, universum. Tyvärr händer denna gateway att vara cirka 100 mil från golvet och rör sig vid ca 20 000 mph.

Raketer är ineffektiva

Att gå i bana i en raket motsvarar att du vill resa från USA till Storbritannien, klättra in i en katapult och skjuta dig över Atlanten. Förutom katapulten kostar hundratals miljoner dollar och exploderar efter att du använt den en gång.

I huvudsak en raket är en brute force approach. Du pekar den i den riktning du vill gå och släpper sedan snabbt en energi under det (explodera ditt bränsle med syre) tills kraften från explosionen skjuter upp raketen. Detta är mycket ineffektivt. Tillsammans med deras bränsle måste raketer också bära allt syre de behöver för att bränna det.

Att vara så ineffektivt innebär att det enda sättet att få all din last till den höjd och hastighet du behöver via raket är att spruta de tomma bränsletankarna så fort de löper. Av detta skäl är raketer arrangerade det är uppdelat i sektioner. När en sektion går ur bränsle kan du släppa ner sin tomma behållares vikt.

Mycket lite av raketen gör det faktiskt att bana, med de flesta delarna antingen kraschade, brände eller flytande ändamålsenligt i rymden. Du kan inte återanvända det eftersom du knappt kan få det där, än mindre få tillbaka det.

Återanvändning ger mer bang för pengarna

Trots de populära uppfattningarna om raketvetenskap är en raket egentligen inte mer komplex eller dyr än en modern transatlantisk jet. Låt oss göra en jämförelse mellan ett flygplan (A330-200F) och en raket (Falcon Heavy).

Båda har samma mängd last, båda kostar en relativt lika stor mängd att bygga. Men priset för att flytta ett ton är tydligt väldigt olika beroende på vilket läge du väljer. Ett plan används tusentals gånger, så kostnaden kan delas över flera flygningar.

Det är klart att flytta saker till rymden skulle vara mycket billigare i ett plan. Problemet är att du inte kan flyga ett plan till rymden. Planer, som allt annat som flyger, har vingar. Vingarna är mycket effektiva när man gör energi till hiss; du flyttar vingen framåt och den trycker ner luften och lyfter vingen uppåt. Men vingar (och plan) behöver luft att flyga och det finns ingen luft i rymden.

Detta är givetvis vad som gör en raket speciell. Att gå omlopp (och bortom) kräver att du flyger väldigt högt och mycket snabbt på ett ställe utan luft - något som bara raketer kan göra.

Nyligen började rymdteknikföretaget SpaceX arbeta med återanvändbara landningsförstärkare för att minska kostnaden för varje flygning. I huvudsak utformar du de delar som du normalt bara skulle släppa för att ha tillräckligt med bränsle kvar i dem som de kan landa tillbaka på startplattan.

Men även om du lyckas landa boosterstadiet, kommer det att behöva en mycket dyr inspektion innan den kan flyga igen. Raketer slår en fin linje mellan flygande och exploderande. Det är svårt att få dem att fungera bara en gång, än mindre tio eller kanske hundratals gånger.

Raketter kommer inte att ta mänskligheten till stjärnorna, på samma sätt som ingen korsar Atlanten i en katapult. Vi behöver ett rymdplanhybrid av sorter - ett återanvändbart fordon utformat för många resor.

SKYLON-projektet

Som tur skulle ha det kan det snart vara ett sådant fordon. Ett brittiskt företag som heter Reaction Engines jobbar med vad det kallar SKYLON spaceplane. De säger att det kommer att bli återanvändbart upp till 200 gånger och kan flytta 15 ton last till låg jordbana, allt för låga, låga kostnader på cirka US $ 100.000 ton. För perspektiv skulle det komma till omkring $ 10 000 per person, i vikt. Det är i ballparken av en förstklassig, samma dag, enkelriktad biljett från New York till London, förutom - du vet - till rymden och tillbaka.

SKYLON-projektet bygger på utvecklingen av sin SABER-motor. Den unika motorn fungerar som antingen en planmotor eller en raketmotor. Fordonet kan starta från en bana som ett plan (effektivt) och flyga så högt och så snabbt som möjligt. Sedan byter SKYLON-planet sina motorer i raketläge för resten av resan.

Utformningen visar tillräckligt löfte om att Europeiska rymdorganisationen och Storbritanniens rymdorganisation båda nyligen satsade på konceptet. Företaget hävdar att testflygningar kan hända senast 2019.

Att vara effektivare innebär att det är möjligt att få all din rymdfarkost och lite last till omlopp och tillbaka utan att behöva jettison något under vägen.Att kunna landa hela fordonet innebär att du kan använda den igen, så att du kan sprida kostnaden för att bygga den över många flygningar, precis som ett plan.

En modig ny värld

På sidan av den här typen av teknik kan det tyckas som en inkrementell förbättring. Men i verkligheten kan det förändra världen. Varje år görs cirka tre miljarder passagerarturer och 50 miljoner ton gods transporteras via flygplan. För närvarande finns det cirka 10 000 flygplan som flyger globalt. Odds är bra att det finns nollraketor som flyger nu, eftersom endast 92 raketer lanserades globalt 2014.

Föreställ dig en värld där årligen miljarder rymdresor görs och miljontals ton last flyttas upp och ner. Att öppna upp tillgången till stjärnorna för hela mänskligheten kommer att bli en stor förändring för vår art. Vi har ingen aning om vilken teknik som skulle följa, men lämnar denna planet är troligtvis vår enda chans att spara den.

Mer än det, att utforska vad som finns där ute, medför stora frågor. Vad händer om det finns liv i varje hörn av vårt solsystem? Vad betyder det för oss, för religion, för vår mycket definition av vad det innebär att vara mänsklig, att leva?

Det är SKYLON-projektet och andra som gillar det som kommer att få oss närmare vad som helst i stjärnorna.

Leon Vanstone, postdoktor i aeromekanik, University of Texas i Austin

Den här artikeln publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs den ursprungliga artikeln. Följ alla expertfrågor och debatter - och bli en del av diskussionen - på Facebook, Twitter och Google +. Synpunkterna är de som författaren har och speglar inte nödvändigtvis utgivarens synpunkter. Den här versionen av artikeln publicerades ursprungligen på ProfoundSpace.org.