Fusiekracht is de technologie die 30 jaar verwijderd is, en dat zal ik altijd zijn, volgens sceptici, minstens. Ondanks de moeilijke overgang naar een betrouwbare stroombron, de kernreacties die de zon aandrijven, hebben een breed scala aan toepassingen op andere gebieden. Het meest voor de hand liggend is in wapens; waterstofbommen zijn tot op de dag van vandaag de krachtigste wapens die we ooit hebben geproduceerd. Maar er is nog een ander gebruik dat veel minder destructief is en veel interessanter zou kunnen zijn:ruimtestations.

Het concept fusieaandrijving, een zogenaamde directe fusieaandrijving (of DFD), is in ontwikkeling bij het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). Wetenschappers en ingenieurs daar, geleid door Dr. Samuel Cohen, werken momenteel aan de tweede iteratie ervan, bekend als het Princeton-veld omgekeerde configuratie-2 (PFRC-2). Eventueel, de ontwikkelaars van het systeem hopen het in de ruimte te lanceren om te testen, en uiteindelijk het primaire aandrijfsysteem worden van ruimtevaartuigen die door het zonnestelsel reizen.

Er is al een bijzonder interessant doelwit in het buitenste zonnestelsel dat in veel opzichten op de aarde lijkt:Titan. De vloeistofcycli en het potentieel om leven te herbergen hebben wetenschappers gefascineerd sinds ze er voor het eerst gegevens over begonnen te verzamelen. En als we de DFD goed gebruiken, we kunnen er over iets minder dan twee jaar een sonde heen sturen, volgens onderzoek gedaan door een team van ruimtevaartingenieurs van de Physics Department van het New York City College of Technology, onder leiding van professor Roman Kezerashvili en vergezeld door twee fellows van de Politecnico di Torino in Italië:Paolo Aime en Marco Gajeri.

Hoewel nog in ontwikkeling, de motor zelf maakt gebruik van veel van de voordelen van aneutronische fusie, met name een extreem hoge vermogen-gewichtsverhouding. De brandstof voor een DFD-aandrijving kan enigszins variëren in massa en bevat deuterium en een helium-3-isotoop. Zelfs met relatief kleine hoeveelheden extreem krachtige brandstof, de DFD kan beter presteren dan de chemische of elektrische voortstuwingsmethoden die tegenwoordig algemeen worden gebruikt. De specifieke impuls van het systeem, wat een maat is voor hoe effectief een motor brandstof gebruikt, naar schatting vergelijkbaar is met elektrische motoren, de meest efficiënte die momenteel beschikbaar is. In aanvulling, de DFD-motor zou 4-5 N stuwkracht leveren in de modus voor laag vermogen, slechts iets minder dan wat een chemische raket gedurende lange tijd zou produceren. Eigenlijk, de DFD neemt de uitstekende specifieke impuls van elektrische voortstuwingssystemen en combineert deze met de uitstekende stuwkracht van chemische raketten, voor een combinatie die het beste van beide vluchtsystemen combineert.

Al die verbeterde specificaties zijn geweldig, maar om nuttig te zijn, ze moeten eigenlijk ergens een ruimtevaartuig krijgen. De auteurs van het artikel kozen Titan, vooral omdat het relatief ver weg is, maar ook buitengewoon interessant vanwege de vloeistofcycli en overvloedige organische moleculen. Om de beste route naar de grootste maan van Saturnus in kaart te brengen, het Italiaanse team werkte samen met de ontwikkelaars van de DFD bij PPPL en kreeg toegang tot prestatiegegevens van de testengine. Vervolgens verzamelden ze wat aanvullende gegevens over planetaire uitlijningen en begonnen ze te werken aan orbitale mechanica. Dit resulteerde in twee verschillende potentiële paden, een waarbij constante stuwkracht alleen werd toegepast aan het begin en het einde van de reis (een zogenaamde stuwkracht-kust-stuwkracht-TCT-profiel) en een waarin de stuwkracht constant was gedurende de reis.

Beide reizen omvatten het veranderen van de stuwrichting om het ruimtevaartuig te vertragen om het Saturnus-systeem binnen te gaan. Door constante stuwkracht te bieden, zou de reis iets minder dan twee jaar duren, terwijl het TCT-profiel zou resulteren in een totale reisduur van 2,6 jaar voor een ruimtevaartuig dat veel groter is dan Cassini. Voor beide paden is geen zwaartekracht nodig, waarvan ruimtevaartuigen die naar de buitenplaneten reizen regelmatig hebben geprofiteerd.

Cassini, de laatste beroemde missie om het Saturnus-stelsel te bezoeken, gebruikte een reeks zwaartekrachthulpmiddelen tussen Venus en de aarde om zijn bestemming te bereiken, een reis die bijna zeven jaar duurde. Een belangrijk ding om op te merken, zegt Marco Gajeri, de corresponderende auteur van het artikel, is dat het venster dat deze korte reisduur het meest efficiënt maakt, zich rond 2046 opent. Hoewel het nog niet helemaal over 30 jaar zal zijn, het geeft het team van PPPL veel meer tijd om hun huidige ontwerp te verbeteren.

Andere uitdagingen ontstaan ​​zodra een DFD-sonde dat Saturnus-systeem bereikt, echter. Een baan rond de op een na grootste planeet in het zonnestelsel is relatief eenvoudig. Het overbrengen van banen naar de grootste maan is veel moeilijker. Om dat probleem op te lossen, moet het drielichamenprobleem worden aangepakt, een notoir moeilijk orbitaal mechanisch probleem waarbij de banen van drie verschillende orbitale lichamen worden opgelost (d.w.z. het ruimtevaartuig, Saturnus en Titan).

Met alle orbitale mechanica uit de weg en het ruimtevaartuig veilig in de baan van Titan, het kan beginnen te profiteren van een ander voordeel van de DFD:het kan directe stroom leveren aan de systemen van het ruimtevaartuig. De meeste missies in het buitenste zonnestelsel zijn voor hun energiebron afhankelijk van thermische radio-isotopengeneratoren (RTG's). Maar een DFD is, in feite, een krachtbron naast een bron van stuwkracht. Indien correct ontworpen, het zou alle kracht kunnen leveren die een ruimtevaartuig nodig heeft voor een langere levensduur van de missie.

Die langere levensduur van de missie betekent dat de DFD nuttig kan zijn in een breed scala aan missies. De auteurs die de missie naar Titan bestudeerden, keken ook naar het potentieel voor een missie naar de trans-Neptuiaanse objecten, die tot nu toe alleen door New Horizons zijn bezocht, die er negen jaar over deed om Pluto te bereiken. Onnodig te zeggen, een DFD zou de tijd die nodig is om die reis te maken drastisch verminderen. En als het in de komende 30 jaar operationeel is, het kan gaan dienen als drijvende kracht voor allerlei nieuwe verkenningsmissies.