Fusionskraft är tekniken som är 30 år bort, och kommer alltid att vara, enligt skeptiker, åtminstone. Trots sin svåra övergång till en pålitlig strömkälla, de kärnreaktioner som driver solen har en mängd olika användningsområden inom andra områden. Det mest uppenbara är i vapen; Vätebomber är än i dag de mest kraftfulla vapen vi någonsin har producerat. Men det finns ett annat användningsfall som är mycket mindre destruktivt och kan visa sig vara mycket mer intressant – rymddrift.

Konceptet fusionsdrift, kallas en direkt fusionsenhet (eller DFD), är under utveckling vid Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). Forskare och ingenjörer där, ledd av Dr. Samuel Cohen, arbetar för närvarande med den andra iterationen av den, känd som Princeton-fältet omvänd konfiguration-2 (PFRC-2). Så småningom, Systemets utvecklare hoppas kunna skjuta upp det i rymden för att testa, och så småningom bli det primära drivsystemet för rymdfarkoster som färdas genom solsystemet.

Det finns redan ett särskilt intressant mål i det yttre solsystemet som liknar jorden på många sätt - Titan. Dess vätskekretslopp och potential att hysa liv har fascinerat forskare sedan de först började samla in data om det. Och om vi använde DFD på rätt sätt, vi skulle kunna skicka en sond dit om lite under två år, enligt forskning gjord av ett team av flygingenjörer vid fysikavdelningen vid New York City College of Technology, ledd av professor Roman Kezerashvili och sällskap av två stipendiater från Politecnico di Torino i Italien — Paolo Aime och Marco Gajeri.

Även om det fortfarande är under utveckling, motorn själv utnyttjar många av fördelarna med aneutronisk fusion, framför allt ett extremt högt effekt-till-vikt-förhållande. Bränslet för en DFD-drivenhet kan variera något i massa och innehåller deuterium och en helium-3 isotop. Även med relativt små mängder extremt kraftfullt bränsle, DFD kan överträffa de kemiska eller elektriska framdrivningsmetoder som vanligtvis används idag. Systemets specifika impuls, som är ett mått på hur effektivt en motor använder bränsle, beräknas vara jämförbar med elmotorer, den mest effektiva som finns för närvarande. Dessutom, DFD-motorn skulle ge 4-5 N dragkraft i lågeffektläge, bara något mindre än vad en kemisk raket skulle producera under långa tidsperioder. Väsentligen, DFD tar den utmärkta specifika impulsen från elektriska framdrivningssystem och kombinerar den med den utmärkta dragkraften från kemiska raketer, för en kombination som kombinerar det bästa från båda flygsystemen.

Alla dessa förbättrade specifikationer är fantastiska, men för att vara användbar, de måste faktiskt skaffa en rymdfarkost någonstans. Tidningens författare valde Titan, till stor del för att det är relativt långt borta, men också extremt intressant på grund av dess vätskecykler och rikliga organiska molekyler. För att kartlägga den bästa vägen till Saturnus största måne, det italienska teamet samarbetade med DFD:s utvecklare på PPPL och fick tillgång till prestandadata från testmotorn. De drog sedan lite ytterligare data om planetariska anpassningar och började arbeta med orbitalmekanik. Detta resulterade i två olika potentiella vägar, en där konstant dragkraft endast applicerades i början och slutet av resan (kallad en dragkraft-kust-thrust-TCT-profil) och en där dragkraften var konstant under hela resan.

Båda resorna involverade att byta dragkraftsriktning för att sakta ner rymdfarkosten för att komma in i det Saturniska systemet. Att tillhandahålla konstant dragkraft skulle sätta resan på lite mindre än två år, medan TCT-profilen skulle resultera i en total reselängd på 2,6 år för en rymdfarkost mycket större än Cassini. Båda dessa vägar skulle inte kräva någon gravitationshjälp, som rymdfarkoster som reser till de yttre planeterna regelbundet har dragit nytta av.

Cassini, det sista berömda uppdraget att besöka det Saturniska systemet, använde en serie gravitationshjälp mellan Venus och jorden för att nå sin destination, en resa som tog nästan sju år. En viktig sak att notera, säger Marco Gajeri, tidningens motsvarande författare, är att fönstret som gör dessa korta resor till de mest effektiva öppnas runt 2046. Även om det inte är riktigt 30 år från nu, det ger teamet på PPPL mycket mer tid att förbättra sin nuvarande design.

Andra utmaningar uppstår när en DFD-aktiverad sond når det saturniska systemet, dock. Att kretsa runt den näst största planeten i solsystemet är relativt lätt. Att överföra banor till dess största måne är mycket svårare. Att lösa det problemet kräver att man tar itu med trekroppsproblemet, ett notoriskt svårt orbitalmekaniskt problem som involverar att lösa banorna för tre olika orbitala kroppar (dvs. rymdfarkosten, Saturnus och Titan).

Med all orbital mekanik ur vägen och rymdfarkosten säkert i Titans omloppsbana, den kan börja dra nytta av en annan av DFD:s fördelar – den kan ge direkt kraft till rymdfarkostens system. De flesta yttre solsystemuppdrag förlitar sig på radioisotop-termiska generatorer (RTG) för sin kraftkälla. Men en DFD är, faktiskt, en kraftkälla förutom att vara en dragkraftskälla. Om utformad på rätt sätt, det kan ge all kraft som ett rymdskepp behöver för en längre livslängd på uppdraget.

Den förlängda uppdragets livslängd innebär att DFD kan vara användbar i ett brett spektrum av uppdrag. Författarna som studerade uppdraget till Titan tittade också på potentialen för ett uppdrag till de trans-neptuianska objekten, som hittills bara har besökts av New Horizons, som tog nio år att nå Pluto. Naturligtvis, en DFD skulle dramatiskt minska tiden som behövs för att göra den resan. Och om det råkar vara i drift under de kommande 30 åren, den kan börja fungera som drivkraften för alla typer av nya utforskningsuppdrag.