Spirit, Opportunity og andre ubemannede Mars-sonder har vært store suksesser, men de har aldri kjørt mer enn noen få kilometer fra landingsstedet.

Nå har Hugo Williams og kollegene hans ved University of Leicester regnet ut hvordan et hoppende ubemannet romfartøy bør lages.

En slik hopper kan tilbakelegge rundt en kilometer i hvert hopp. Og med et radioaktivt stoff som varmekilde kan det hoppe i årevis.

Forbrenning i vanlig rakett

Hoppesonden skal nemlig ikke bruke en vanlig rakett. I en vanlig rakett forbrennes et drivstoff, og varmen får avgassene til å utvide seg i brennkammeret.

Dermed presses gassene ut gjennom dysen bak på raketten. Dette presset gir et motpress eller en reaksjonskraft som dytter raketten oppover.

Rakettmotoren i marshopperen virker nesten på samme måte, med ett viktig unntak: Det er ingen forbrenning. Varmekilden er et radioaktivt stoff, som varmer opp en gass.

Sparer drivstoff

Denne gassen kalles ikke drivstoff, men drivmedium. Den trenger ikke å være brennbar.

Williams og kollegene hans foreslår å bruke et drivmedium som finnes i nesten ubegrensede mengder: den tynne atmosfæren av karbondioksid på den røde planet.

Raketten trenger altså ikke å ha med seg drivstoff fra jorda. Dermed spares mye vekt, som isteden kan brukes til vitenskapelige instrumenter.

Spesielle forholdsregler må tas når slike radioaktive stoffer skal brukes, men de er langt fra noe nytt i romfarten.

Radioaktiv strømforsyning

Tidligere har de blitt brukt til å lage elektrisk strøm, som for eksempel i romsonden Cassini.

I 2004 fløy den helt ut til iskalde Saturn, hvor solpaneler ikke kunne levere nok kraft.

Også på Mars har radioaktive stoffer gitt strøm til Viking-sondene, som landet i 1976.

Men å bruke radioaktive stoffer i raketter er tidligere bare foreslått til prosjekter langt inn i framtida, slik som romsonder til andre stjerner.

Høyere temperatur gir lengre hopp

I rakettmotoren som de britiske forskerne foreslår, skal varmeenergien fra de radioaktive stoffene først brukes til å drive en elektrisk kompressor som suger inn karbondioksid fra marsatmosfæren i en tank.

Så slippes karbondioksiden, drivmediet, inn i et kammer der det radioaktive stoffet befinner seg.

Det er ikke i ren form, men tilsatt i små mengder i et keramisk materiale som kan lagre mye varme og tåler høy temperatur uten å smelte.

- Det vanligste radioaktive stoffet i romskip fram til nå har vært Plutonium-238. Det halveres i radioaktivitet etter 88 år, og det er interessant å merke seg at romsonden Voyager 1 fremdeles sender tilbake data. Den ble skutt ut i 1977, skriver Hugo Williams i en e-post til forskning.no.

Drivmediet passerer så gjennom tynne kanaler eller tett i tett med runde kuler av dette hete materialet, og blir varmet opp på sin vei mot dysen i enden av varmekammeret.

Høyere temperatur vil gi lengre hopp, men her er materialene en begrensning. Likevel mener forskerne at den radioaktive motoren er robust og enkel, og vil kunne gi en stor vitenskapelig gevinst ved at større deler av Marsoverflaten blir kartlagt.

Referanse:

H. R. Williams, R. M. Ambrosi and N. P. Bannister: A Mars hopping vehicle propelled by a radioisotope thermal rocket: thermofluid design and materials selection, Proceedings of The Royal Society A, doi:10.1098, 17. november 2010.