Základ tohoto problému popsal už v roce 1903 ruský vědec Konstantin Ciolkovskij, který formuloval dnes slavnou raketovou rovnici. Ta ukazuje, že pohyb rakety je neoddělitelně spojen s tím, že musí vyvrhovat hmotu opačným směrem, než se sama pohybuje.
Tato skutečnost výrazně omezuje nejen současné kosmické mise, ale především budoucí cesty do vzdálenějších částí Sluneční soustavy nebo dokonce k jiným hvězdám. Vědci proto už řadu let hledají způsoby, jak se pohybovat vesmírem bez toho, aniž by kosmická loď musela nést velké zásoby pohonných látek.
Pohon bez paliva není sci-fi
Nedávno zveřejněná rozsáhlá odborná studie shrnuje několik technologií, které označujeme jako bezpalivové pohony. Jejich společným cílem není vytvářet tah spalováním chemického paliva, ale využívat energii nebo hybnost, která je už ve vesmíru přirozeně přítomná.
To znamená, že kosmická loď místo spalování vlastních zásob využívá například gravitaci planet, tlak slunečního záření nebo proud nabitých částic, známý jako sluneční vítr. Tyto metody sice většinou neposkytují okamžité a silné zrychlení jako raketové motory, zato mohou pracovat velmi dlouhou dobu prakticky bez spotřeby paliva.
Gravitační manévry využívají pohyb planet
Nejznámější a zároveň nejdéle používanou metodou bezpalivového pohonu je gravitační manévr. Funguje to způsobem, že kosmická loď prolétne kolem planety přesně vypočítanou trajektorií a ve správný okamžik. Při tomto průletu absorbuje nepatrnou část hybnosti planety, čímž získá vyšší rychlost, aniž by musela zapnout vlastní motory.
Ve skutečnosti planeta o tuto energii téměř nepřijde, protože její hmotnost je samozřejmě ve srovnání s kosmickou sondou obrovská. Pro sondu však může takový gravitační prak znamenat výrazné zvýšení rychlosti.
Díky této metodě mohly legendární sondy Voyager během jediné mise navštívit všechny čtyři velké vnější planety Sluneční soustavy. Bez gravitačních manévrů by taková cesta byla prakticky nemožná.
Obraťme list. Tato technika má také jednu velmi zásadní nevýhodu. Funguje pouze tehdy, když jsou planety ve správném vzájemném postavení. Start mise je proto často možný jen během krátkých časových oken, která se mohou opakovat až po mnoha letech. Zároveň jsou tím omezené i možné trasy letu.

Zdroj: Shutterstock
Sluneční plachty využívají samotné světlo
Další zajímavou možností jsou sluneční plachty. Přestože fotony světla nemají klidovou hmotnost, nesou hybnost. Když dopadají na velmi lehkou a vysoce odrazivou plachtu, předávají jí nepatrnou sílu. Ta je sice extrémně malá, ale ve vesmíru, kde téměř neexistuje odpor prostředí, působí nepřetržitě.
Výsledkem je pomalé, avšak soustavné zrychlování kosmické lodi bez jediné kapky paliva. Čím déle plachta letí, tím vyšší rychlosti může dosáhnout.
Praktické fungování této technologie potvrdila v roce 2010 japonská sonda IKAROS, která úspěšně zamířila k Venuši pouze za pomocí tlaku slunečního záření. Šlo o historicky první skutečně úspěšnou demonstraci sluneční plachty v meziplanetárním prostoru.
Ani tato technologie ale není bez problémů, to je třeba si přiznat. Plachty musí mít obrovské rozměry a přitom být mimořádně lehké, často tenčí než lidský vlas. Musí odolávat kosmickému záření, mikrometeoroidům i velkým teplotním výkyvům po mnoho let. Navíc s rostoucí vzdáleností od Slunce intenzita světla rychle klesá, takže tah plachty postupně slábne.
Další možnost představují magnetické plachty
Zcela odlišný princip představují magnetické plachty. Ty se nespoléhají na světlo, ale na sluneční vítr, což je nepřetržitý proud elektricky nabitých částic proudících ze Slunce.
Kosmická loď by vytvářela velmi silné magnetické pole pomocí supravodivých cívek. Toto pole by částice slunečního větru odklánělo, čímž by vznikal tah podobný tomu, jak vítr pohání klasickou plachetnici.
Teoreticky by magnetické plachty mohly poskytovat vyšší zrychlení než plachty využívající světlo. Navíc by jim nehrozilo postupné opotřebení tenké reflexní fólie.
Největší překážkou je však samotná konstrukce. Aby systém fungoval, musely by supravodivé cívky vytvářet magnetické pole o průměru až desítek kilometrů. Některé návrhy počítají s konstrukcemi o poloměru kolem 50 kilometrů, které by zároveň bylo nutné udržovat při extrémně nízkých kryogenních teplotách. Technologie potřebná pro výrobu, dopravu a rozvinutí tak obrovských struktur zatím jednoduše neexistuje.
Elektrické plachty mohou být praktičtější a reálnější
Určitou alternativou jsou elektrické plachty. Místo velkých magnetických cívek využívají dlouhá tenká vodivá lana, která jsou elektricky nabitá. Tato lana odpuzují protony slunečního větru a vytvářejí tah podobným způsobem jako magnetické plachty.
Výhodou je podstatně nižší hmotnost celé konstrukce. Elektrické plachty by tak mohly být jednodušší a levnější než jejich magnetické varianty.
Ani zde ale vývoj nebude snadný. Kosmická loď by musela rozvinout extrémně dlouhá a velmi lehká vodivá lana, která by bylo nutné trvale udržovat pod vysokým elektrickým napětím. To vyžaduje spolehlivý zdroj elektrické energie a technologie, které jsou zatím stále ve fázi výzkumu.

Zdroj: Shutterstock
Každá technologie má své limity
Přestože všechny uvedené metody umožňují pohyb bez klasického raketového paliva, žádná z nich zatím nepředstavuje univerzální řešení.
Gravitační manévry jsou osvědčené a fungují už dnes, ale jejich využití závisí na přesném postavení planet. Sluneční plachty jsou technicky realizovatelné, jenže vyžadují obrovské a velmi křehké konstrukce. Magnetické i elektrické plachty slibují ještě větší možnosti, avšak jejich praktická realizace zatím naráží na technologické limity současného lidstva.
Každý z těchto přístupů proto představuje jiný kompromis mezi výkonem, složitostí konstrukce a technickou proveditelností.
Cesta ke hvězdám bude pravděpodobně vypadat jinak
Autoři přehledové studie zdůrazňují, že budoucnost kosmického průzkumu pravděpodobně nebude stát na jediné převratné technologii. Mnohem pravděpodobnější je, že budoucí mise budou kombinovat několik různých způsobů pohonu podle konkrétního cíle.
Pro lety v rámci Sluneční soustavy mohou být ideální gravitační manévry doplněné slunečními plachtami. Pokud se jednou lidstvo vydá k nejbližším hvězdám, budou však klasické rakety kvůli obrovským zásobám potřebného paliva jen horko těžko použitelné. Právě tehdy mohou technologie využívající gravitaci, sluneční záření nebo sluneční vítr představovat jedinou realistickou cestu.