Trijumf Indije i fijasko Rusije

Chandrayaan-3, trenutak poletanja

Iako let na Mesec još od sedamdesetih godina prošlog veka ne izgleda kao neko naročito veliko dostignuće, činjenice govore drugačije. Pre Indije samo su tri države uspele da meko spuste svoju letelicu na Mesec: Rusija, SAD i Kina (Rusiji je to uspelo tek iz dvanaestog pokušaja). U poslednjih deset godina, pre indijske misije, bilo je osam sličnih pokušaja ali su samo tri završena po planu. Istorijski gledano, Mesec je veoma negostoljubiv: preko 50% misija završeno je fijaskom. Uspeh Indije uvećan je i činjenicom da se lender spustio u region južnog pola koji do sada nije posetila nijedna letelica. Mesto je strateški važno jer se, kako dosadašnja izučavanja pokazuju, u njegovoj okolini najverovatnije nalaze nezanemarljive količine vodenog leda koji bi mogao da ima i komercijalni značaj (vidi okvir). 

Čandrajaan-3 (“Mesečev brod” na sanskritu) predstavlja drugi pokušaj Indije da dotakne Mesečevu površinu. Njegov prethodnik, Čandrajaan-2 doživeo je neuspeh 2020. godine neposredno pred prizemljenje: usled greške u softveru, letelica je odstupila od predviđene trajektorije i nekontrolisano pala na Mesečevu površinu. Kao da ih to nije pokolebalo, Indijci su i ovoga puta s ogromnim interesovanjem propratili čitav događaj, naročito sam čin spuštanja na površinu Meseca. Nacija je utihnula i okupila se oko televizijskih ekrana, u stanovima, restoranima, kancelarijama i školama. Ulice su potpuno opustele, kao da Indija i Pakistan igraju finale svetskog prvenstva u kriketu. Na obali Ganga monasi su udarali u zvona i molili se za sretan ishod. Živi prenos događaja na Jutjubu pratilo je rekordnih osam miliona gledalaca. Kada je postalo jasno da je sve prošlo kako treba i da se letelica meko prizemljila, nastala je potpuna euforija koja se uz pesmu, igru i zastave prelila na ulice indijskih gradova. 

Na par sati Indija je bukvalno stala kako bi proslavila ovo veliko nacionalno dostignuće. Premijer Narendra Modi, koji se u program uključio mašući zastavicom Indije sa samita BRICS-a u Južnoj Africi, nije krio ushićenje: “Stigli smo tamo gde niko pre nas nije bio. Ovo dostignuće pripada čitavom čovečanstvu i biće od velike koristi za naredna istraživanja. Naša misija na Mesecu dokazuje da su sve zemlje sveta, pa i one sa globalnog juga, sposobne za velike stvari. Ovaj uspeh odraz je našeg verovanja da cela planeta predstavlja jednu veliku porodicu i da svi zajedno delimo odgovornost za njenu budućnost”. Bio je to i trenutak Modijeve velike lične satisfakcije: kada je prethodna misija 2020. godine doživela neuspeh i kada je dobar deo javnosti optužio Modija da sponzoriše “belog slona” (izraz kojim Indijci označavaju projekat, naročito državni, koji lepo izgleda i puno košta ali ne donosi nikakvu korist), on se nije pokolebao: “Možda nismo stigli na Mesečevu površinu kao što smo planirali ali smo bili blizu”. Okrenuo se menadžerima ISRO (Indijske organizacije za istraživanje kosmosa) i poručio im: “Budite uporni i gledajte napred, ono najbolje će tek doći”.

I došlo je, posle samo tri godine. Čandrajaan-3, sastavljen od lendera “Vikram” i rovera “Pragjan”, poleteo je sa kosmodroma “Satoš Davan” 14. jula. Lender je dobio ime po Vikramu Sarabaju, ocu indijskog kosmičkog programa dok je za rover upotrebljena reč iz sanskrita koja znači “mudrost”. Težina lendera (1.700 kg) odgovara težini jednog malo većeg automobila dok je rover, u kosmičkim razmerama, minijaturan: težak je svega 26 kilograma i može da se kreće brzinom od jednog centimetra u sekundi. Kompletan ansambl, sa sve gorivom na lansirnoj rampi, ne prelazi 4 tone.

Chandrayaan-3 na Mesecu

Let do Meseca imao je vrlo komplikovanu trajektoriju jer je brzina letelice neposredno nakon lansiranja bila vrlo mala pa direktan let do Meseca nije bio moguć. Umesto toga, sonda je lagano korigovala svoju putanju dok iz zagrljaja Zemlje nije prešla u zonu Mesečevog uticaja. Tokom finalnog raketnog manevra koji je započeo 23. avgusta na visini od oko 750 metara, letelica je smanjila brzinu sa 6000 km/h praktično na nulu (Mesec nema atmosferu pa kočenje padobranom nije moguće), promenila orijentaciju iz horizontalnog u vertikalan položaj i na kraju se srećno spustila na Mesec. Deluje jednostavno ali nije: čitava procedura trajala je oko 15 minuta i morala je da bude sprovedena potpuno automatski, bez ikakave mogućnosti intervencije sa Zemlje. 

Nedugo potom, lender “Vikram” je postavio rampu niz koju se rover “Pragajan” isprakirao u Mesečevu prašinu. Nakon punjenja baterija lender i rover će se okrenuti svojim naučnim zadacima od kojih je svakako najvažniji utvrđivanje tačnog hemijskog sastava tla i eventulanog prisustva vode u blizini Mesečevog pola. Nakon desetak dana, čitav predeo utonuće u dvonedeljni mrak, baterije će se isprazniti i mašine će utonuti u san. Da li će se iz tog sna probuditi kada se na Mesecu ponovo razdani, ostaje da se vidi. To, međutim, i nije toliko važno.

Indijski uspeh ponovo je oživeo stare rasprave: koliki je stvarni značaj ovakvih uspeha za naciju u kojoj polovina stanovnika još nema pristup pristojnom toaletu? Indija je država neverovatnih kontrasta: od nehigijenskih naselja sklepanih od kartona i lima čiji stanovnici provode dan u neprekidnoj potrazi za poslom i hranom, preko širokih bulevara bez iscrtanih kolovoznih traka zakrčenih anarhičnim mnoštvom bezbrojnih automobila, do vrhunskih univerziteta i modernih poslovnih kompleksa. Indijska dijaspora veoma je uspešna, naročito kada je informatička industrija u pitanju: u samom vrhu najvećih svetskih kompanija nalaze se stručnjaci indijskog porekla. Ujediniti jednu ovako veliku naciju oko bilo kog cilja nije jednostavno, ali je indijskom kosmičkom programu to pošlo za rukom. 

Slavlje na ulicama Indije

Međutim, nije sve samo u nacionalnom ponosu. Mnogo je važnije to što će, na ovom praktičnom primeru, mnoga indijska deca uvideti kolika je stvarna moć znanja. Ta deca dobiće realnu šansu da se kroz obrazovanje okrenu pravim vrednostima i tako vremenom izbore za pristojan život i sigurnu egzistenciju. Bedu i siromaštvo mogu da iskorene jedino nauka i obrazovanje.

Osim toga, ako imate kosmički program koji donosi rezultate, otvaraju se nove perspektive i to će Indija sigurno znati da iskoristi. Povećana ulaganja u ovaj segment otvoriće prostor za razvoj i implementaciju najnovijih tehnologija uz otvaranje novih radnih mesta i stasavanje nove generacije vrhunskih inženjera i stručnjaka. 

Ono što fascinira u indijskom uspehu je njegova relativno mala cena. Za jednu ovako složenu misiju sastavljenu od lendera i rovera, budžet od 75 miliona dolara deluje više nego skromno (u neke bolivudske filmove investira se mnogo više). Kako indijski naučnici postižu tako puno sa tako malo para? Jednostavno, oni su vrhunski majstori kreativnosti i improvizacije: prate najnovija svetska dostignuća a onda ih imitiraju i doteruju sve dok ih potpuno ne uklope u sopstveni projekat. NASA tek treba da pokaže kako ume da napravi nešto opipljivo za tako male pare. Sa druge strane, impresivna je činjenica da su Indijci svoj istorijski uspeh ostvarili uprkos činjenici da budžet ISRO za 2023. godinu iznosi svega 1.6 milijardi dolara, što je 18 puta manje od budžeta NASA. Vrlo je verovatno da će, na krilima skorašnjih uspeha, ulaganja indijske države u kosmičke tehnologije biti povećano sa danas relativno skromnih 0.04% BDP-a (ilustracije radi, Amerika trenutno izdvaja 0.28%). Sve se ovo lepo uklapa u političku filozofiju premijera Modija koji pred opšte izbore naredne godine, pokušava da ojača imidž nove Indije kao respektabilne svetske sile. 

Sasvim slučajno, praktično u isto vreme, sličan poduhvat pokušala je i Rusija koja se opredelila za nešto drugačiji pristup. Značajno veći i jači raketni nosač omogućio je ruskoj sondi Luna-25 da do Meseca stigne ekspresnom trasom, bez potrebe za brojnim delikatnim manevrima i iterativnim korekcijama putanje. Iako je lansiranje obavljeno 10. avgusta, skoro mesec dana nakon lansiranja indijske sonde, ruska sonda je trebalo da se meko spusti na Mesec bar tri dana ranije. Iako je to prvobitno bilo planirano, ruska letelica sa sobom ne nosi rover za istraživanje Mesečeve površine: u pitanju je statična naučna stanica sa nekoliko instrumenata namenjenih istraživanju najbliže okoline. 

Luna-25 u kosmosu, neposredno pred katastrofu

A onda je nešto pošlo po zlu. Na samom početku finalnog prilaza, kada je trebalo ispravno orjientisati letelicu i smanjiti njenu brzinu, sonda je signalizirala “abnormalnu situaciju”. Nekoliko minuta kasnije ruska kontrola leta izgubila je svaki kontakt sa letelicom. Prošlo je svega nekoliko sati pre nego što je Roskosmos izdao kratko, birokratski hladno saopštenje: “Letelica se našla u nepredviđenoj orbiti i prestala da postoji usled kolizije sa površinom Meseca”. Kako je kasnije izjavio general Jurij Borisov, direktor Roskosmosa, uzrok je verovatno u nepravilnom funkcionisanju raketnog motora koji se nije isključio u predviđeno vreme, usled čega je došlo do nekontrolisanog gubitka brzine i visine. Ima i onih koji tvrde da je letelica još na zemlji imala brojne tehničke probleme ali je lansiranje ipak moralo da bude obavljeno kako bi ruska letelica sletela na Mesec pre indijske. Istraga je, naravno, u toku.

Vitalij Jegorov, popularni ruski analitičar, pokušao je da celu situaciju naslika malo vedrijim bojama. Po njemu, misija Lune-25 nije bila sasvim neuspešna: letelica je bila ne dobrom putu, ušla je u Mesečvu orbitu, testirani su motori i elektronika, snimljeno je nekoliko fotografija, obavljena su i neka merenja. Ipak, to ne može da promeni konačan rezultat: pokušaj da se, posle pauze od skoro pola veka, ponovo demonstriraju vrednost ruske nauke i kosmičke tehnologije, završen je potpunim fijaskom.

Program za istraživanje Meseca “Luna”, aktivan od 1958. do 1974. godine, bio je jedan od najuspešnijih delova sovjetskog kosmičkog programa. Sonde iz ovog serije konstantno su pomerale granice ljudskih dostignuća, na ponos sovjetskih naučnika i inženjera koji su, sve do američkog sletanja na Mesec 1969. godine, bili sasvim ravnopravan učesnik u izjednačenoj kosmičkoj trci. Sovjeti su, zaista, imali čime da se pohvale: prvi objekat kreiran ljudskom rukom na površini nekog nebeskog tela (Luna-2, 1959), prvi snimak nevidljive strane Meseca (Luna-3, 1959), prvo meko spuštanje na Mesec (Luna-9, 1966), prvi veštački satelit u Mesečevoj orbiti (Luna-10, 1966), prvo robotizovano vozilo sa točkovima na Mesecu (Luna 17, 1970)... Sonde iz ovog programa vratile su na zemlju oko 300 grama mesečevog materijala. 

Od tada su prošle decenije u kojima se, bar kada su kosmos, SSSR i Rusija u pitanju, ništa značajnije nije desilo. Još su sveža sećanja na ambicioznu misiju “Fobos-Grunt” iz 2011. godine koja je za cilj imala meko spuštanje na Marsov satelit Fobos. Sonda je odatle na Zemlju trebalo da vrati uzorke materijala ali je kontakt sa njom izgubljen samo dve nedelje nakon lansiranja. Letelica je ostala zarobljena u niskoj Zemljinoj orbiti, gluva za sve komande iz kontrole lete. Nedugo zatim, čitava istraživačka kompozicija, sa preko sedam tona visoko toksičnog raketnog goriva, sručila se nazad na Zemlju. Kasnija istraga potvrdila je da je uzrok katastrofe bio u korišćenju jeftinih, komercijalnih mikročipova koji nisu mogli ispravno da funkcionišu u surovim kosmičkim uslovima. Otkud jeftina elektronika u kosmičkim brodovima? Neko se, jednostavno, “ugradio” i opljačkao državnu kasu tako što je isporučio bezvrednu robu po astronomskoj ceni.

Ruku na srce, Luna-25 nije imala neke značajnije naučne ciljeve. Ako se izuzme činjenica da je kao mesto sletanja, baš kao i u slučaju indijske letelice, izabran južni polarni region, sve ostalo trebalo je da bude rutina. Politički ciljevi bili su mnogo značajniji: da je uspela, misija bi dokazala da je Rusija i dalje značajna kosmička sila koja polaže puno pravo na kontinuirani pristup Mesečevoj površini. Misija je trebalo da demonstrira ruski tehnički suverenitet i sposobnost države da se uključi u trku za eksploataciju Mesečevih resursa. Sada je sve to diskutabilno: Kina je, recimo, u novije vreme imala tri uspešna sletanja na Mesec dok Rusija još uvek nema nijedno.

Šta je pravi uzrok poslednjeg ruskog neuspeha? Međunarodne sankcije nametnue Rusiji nakon invazije na Ukrajinu, koliko god da su ograničene i nekompletne, ipak imaju razorno dejstvo. Rusija s teškom mukom dolazi do savremene elektronike, vrhunske tehnologije, najnovijeg softvera i svega onoga što je neophodno za jednu ozbiljnu naučnu strategiju. Ilustracie radi, pomenimo činjenicu da je ceo sistem za navigaciju Lune-25 (jedan od najkompleksnijih delova letelice) Rusija planirala da kupi od evropskog “Erbasa”. Kada je postalo jasno da od tog aranžmana zbog zapadnih sankcija neće biti ništa, Rusija je bila prinuđena da taj sistem napravi sama, takoreći od nule. Ruski sistem na kraju je ispao tipično “ruski”: bio je toliko nezgrapan i težak da je količina naučne opreme koju je letelica mogla da ponese morala da bude prepolovljena.

Uz to, problemi koji su nastali raspadom SSSR-a, gubljenje nekih ključnih resursa, znanja i tehnologija, vremenom su se samo uvećali. Za konsutrkciju Lune-25 bio je zadužen čuveni zavod “Lavočkin” koji je još tokom prošlog veka isporučivao opremu potrebnu za istraživanje Meseca, Marsa i Venere. U međuvremenu, nekoliko direktora “Lavočkina” je pohapšeno zbog malverzacija, a nije isključeno da će se nešto slično desiti još jednom. Promenili su se i politički prioriteti: nacija koja je do juče gledala u zvezde, počela je da gleda preko tuđe tarabe, pokušavajući da svoje (ne)dobrosusedske razmirice “izgladi” ako treba i ratom. Kada se na to dodaju svemoćna državna birokratija, konstantan odliv mozgova, beg mladih i školovanih ljudi od rata, sveprisutna korupcija, nedostatak demokratije i manjak ljudskih sloboda, stiče se prava slika o glibu u kome se našao ruski kosmički program u poslednjih nekoliko decenija.  

Ipak, reklo bi se da najveći problem predstavlja nedostatak kontinuiteta jer je tokom višedecenijske pauze izgubljeno skoro celokupno rusko kosmičko znanje nagomilano u drugoj polovini prošlog veka. “Pedeset godina nismo uradili skoro ništa. Izgubili smo nit koja nas vezuje sa prethodnim generacijama”, rekao je Jurij Borisov. Rusija danas nema generaciju naučnika koja ima bilo kakavo isksutvo u novim kosmičkim tehnologijama niti se vidi kako može ponovo da ga stekne s obzirom da su vrhunske naučne ustanove angažovane, pre svega, na modernizaciji ovozemaljske ratne tehnike. 

I da su prioriteti drugačiji, nedostaju pravi lideri. Bez njih jedan tako centralizovan sistem kakav je ruski ne može da funkcioniše. A lidera nema još od 1966. godine kada je umro Sergej Koroljev, otac modernog sovjetskog kosmičkog programa. Da bi projekat Luna-25 nekako privela kraju, Rusija je, na primer, morala da angažuje Mihaila Marova, jednog od retkih aktivnih inženjera kosmotehnike koji je svoje iskustvo stekao još u prošlom veku. Marov danas ima 90 godina i jedva je preživeo propast misije, pozlilo mu je i morao je da bude hospitalizovan. Veliku odgovornost snosi i Dmitrij Rogozin, bivši direktor “Roskosmosa”, danas vatreni zagovornik ruske intervencije u Ukrajini. U vreme njegovog mandata Rusija je imala nekoliko neuspešnih lansiranja satelita što je dovelo do gubitka velikog dela tržišta i reputacije a klijente nateralo da se okrenu privatnim kompanijama kao što je Maskov Space-X. Rogozina mnogi smatraju odgovornim i za bespotrebno rasipanje novca prilikom izgradnje novog kosmodroma “Vostočni” na ruskom dalekom istoku. 

Sergej Makarov, ruski politički komentator kaže da će neuspeh Lune-25 imati velike negativne posledice: “Postavlja se pitanje da li su, u svetlu neuspeha u Ukrajini i u kosmosu, domaće tvrdnje o Rusiji kao velikoj svetskoj sili i dalje opravdane. U očima međunardne zajednice, Rusija deluje nemoćno da ostvari svoje ciljeve zato što, umesto da živi u skladu sa svojim skromnim trenutnim mogućnostima, ona i dalje pokušava da eksploatiše staru slavu. Ljudi žele da budu uz one koji su jaki a ne sa onima koji imaju spremne izgovore za svaki naredni neuspeh.”

Ruska misija Luna-25 okončana je 19. avgusta kada je sonda pala s neba na Mesec. Četiri dana kasnije s neba je pao i Jevgenij Prigožin. I to je sve što o ruskoj aerokosmotehnici u ovom trenutku treba da znate.

Odakle Mesecu voda?

Voda na Mesecu najvećim delom potiče iz istih onih izvora koji su doveli i do stvaranja okeana na Zemlji. U vreme nastanka Sunčevog sistema i formiranja naše planete, velika količina vodonika iz prvobitnog kosmičkog gasa bila je zarobljena u unutrašnjosti planete. Taj vodonik došao je u kontakt sa oksidima, mineralima bogatim kiseonikom, stvarajući vodu. Ostatak ove dragocene tečnosti došao nam je s neba, kroz sudare Zemlje sa asteroidima i kometama bogatim ledom. 

Na Zemlji tekuća voda opstaje zahvaljujući umerenim temperaturama koje nam obezbeđuje atmosfera. Ali te zaštite na Mesecu nema. Štaviše, na njemu vlada potpun vakuum usled čega su temperaturni rasponi ekstremni: na tipičnom mestu u okolini Mesečevog ekvatora temperature variraju od +140oC (danju), do -170oC (noću). Ako se pomerite ka Mesečevom južnom polu, temperaturne oscilacije postaju još veće a najniža temperatura spušta se sve do -240oC. U ovom oblastima postoje duboki krateri čiji se delovi nalaze u permanentnoj senci i tu je postojanje vodenog leda moguće u kontinuitetu. Ove pretpostavke konačno je potvrdio indijski orbiter Čandrajaan-1 2008. godine. Ipak, ne očekujte da na Mesecu pronađete naslage čistog leda čija bi se debljina mogla meriti metrima kao na Grenlandu. Vodeni led rasut je u Mesečevom tlu u veoma maloj koncentraciji koja se kreće oko jednog promila: to je nedovoljno da biste led spazili golim okom ali sasvim dovoljno da ga odatle dobijete “rudarenjem”, korišćenjem mašina.  

Zašto je voda na Mesecu tako značajna? Kako vreme bude prolazilo, značaj Meseca će samo rasti, i zbog potencijalne eksploatacije tamošnjih resursa (helijum-3, silicijum, metali, bazalt) ali i zbog pretpostavke da će Mesec u bliskoj budućnosti postati polazna stanica čovečanstva za letove u duboki kosmos. U oba scenarija potrebne su vam stalne ljudske posade na Mesecu koje će vremenom biti sve brojnije. Da biste tu sve veću naseobinu ljudi mogli da podržite, potrebne su vam velike količine pitke vode, kiseonika i raketnog goriva, a sve to može da se dobije iz leda i sunčeve energije, resursa u kojima Mesec ne oskudeva. Alternativa tome je da osnovne životne potrebe zadovoljavate dopremanjem svega što je potrebno sa Zemlje a to je, na duže staze, ekonomski neisplativo.

Vreme #1704

Kad polete vozovi, jagode i žabe

Majsnerov efekat

Retko koja vest je tako uzdrmala svetsku naučnu javnost kao ona od 22. jula: u preliminarnoj verziji budućeg naučnog rada, grupa južnokorejskih naučnika objavila je da je uspela da proizvede “prvi superprovodnik koji funkcioniše na sobnim temperaturama i standardnim pritiscima”. Materijal je dobio oznaku LK-99 i, u suštini, predstavlja modifikovanu verziju minerala poznatog kao olovo-apatit. Da stvar bude još zanimljivija, na osnovu objavljene hemijske recepture, reklo bi se da za pripremu novog materijala nisu potrebne nikakve retke supstance: materijal o kome se radi predstavlja relativno jednostavan polikristal napravljen od olova, kiseonika i fosfora, dodatno obogaćen atomima bakra. Uz to, za pripremu LK-99 nije potrebna nikakava specijalna laboratorijska oprema. Sasvim očekivano, vest se munjevito proširila na Twitter, Youtube i ostale velike društvene mreže. Da li se zaista nalazimo na pragu nove tehnološke revolucije?

Nije ovo prvi put da neki tim naučnika smelo objavi neko revolucionarno otkriće na polju superprovodljivosti. Takvih slučajeva bilo je i tokom devedesetih godina ali su sve te senzacionalne vesti brzo demantovane. Poslednji put ovo se desilo pre par godina kada su naučnici sa Univerziteta u Ročesteru objavili postojanje superprovodljivosti na sobnoj temperaturi uz visoke pritiske. Njihov eksperiment sa dijamantskom presom u koju je ubačena mešavina ugljenika, sumpora i vodonika niko nije mogao da ponovi tako da je njihov rezultat na kraju bio odbačen. Ove godine pokušali su ponovo, tvrdeći da jedna smesa materijala na bazi lutecijuma  demonstrira superprovodljivost na sobnoj temperaturi. Ovoga puta, naučna zajednica reagovala je još žešće: čitav rad je brzo diskreditovan i demontiran  a naučnici optuženi za plagijat i objavljivanje isfabrikovanih podataka. 

Slika koja je zapalila svet: LK-99

U slučaju korejskih naučnika preovladao je optimizam: brojni svetski naučni timovi u preko sto laboratorija, pokušali su da reprodukuju njihov rezultat. Uključili su se čak i pojedinci, iako su mnogi od njih imali problem da pribave crveni fosfor, kontrolisanu supstancu koja se koristi za “kuvanje” droge poznate kao “kristal met”. Prvi su se oglasili kineski naučnici: iako definitivne potvrde nije bilo, eksperimenti ponovljeni na maloj količini LK-99 dali su ohrabrujuće rezultate. Pojavila se i slika delića materijala koji lebdi iznad velikog magneta, nešto što obavezno očekujete od svakog superprovodnog materijala. Teorijska izračunavanja obavljena u prestižnim svetskim univerzitetskim centrima nisu pronašla nikakvu fundamentalnu grešku u korejskom radu. Štaviše, sve je ukazivalo na to da su korejski naučnici možda na dobrom tragu. Javnost je već počela da špekuliše o tome ko će od njih poneti narednu Nobelovu nagradu za fiziku. Međutim, kako je vreme odmicalo, bilo je i sve više skeptika koji su dostiignuće korejskih naučnika smatrali malo verovatnim.

Šta su, zapravo, superprovodnici i zašto su tako značajni za današnji svet? Pođimo od običnog električnog provodnika napravljenog od metala poput bakra. U atomima metala, elektroni koji su najudaljeniji od atomskog jezgra vezani su vrlo slabim vezama za mjega. Kada na krajeve metalnog provodnika postavite izvor elektičnog napona, ovo “more” relativno slobodnih elektrona počinje da se kreće stvarajući ono što u svakodnevnom životu nazivamo električnom strujom. 

Proces, međutim, nije savršen. Atomi električnog provodnika nisu nepokretni - oni neprekidno osciluju oko svog ravnotežnog položaja u metalnoj strukturi i sudaraju se sa elektronima koji putuju kroz metal. Prilikom kolizije, deo energije elektrona prenosi se na atome metala u vidu toplote. Drugim rečima, kažemo da provodnik ima “otpor”: što je taj otpor veći, zagrevanje provodnika je jače. Konverzija električne energije u toplotnu može se iskoristiti kod uređaja kao što su bojleri, termo-akumulacione peći ili sijalice. U svim ostalim slučajevima, otpor električnog provodnika izaziva štetne gubitke: električna energija koju elektrana isporučuje u prenosnu mrežu, manja je od energije koja će na kraju stići do krajnjih potrošača jer će oko 8-15% energije dalekovodi i trafo-stanice konvertovati u toplotu. To, otprilike znači, da od 10 nuklearnih elektrana, bar jedna radi u “prazno”, samo da pokrije troškove gubitka u prenosnoj mreži.

Magnentna rezonanca

Usled električnog otpora, svi električni uređaji greju se u većoj ili manjoj meri: kompjuteri, telefoni, televizori, raznorazne mašine, električni automobili... Gubici se mogu smanjiti koristeći provodnike napravljene od materijala čiji je električni otpor mali ali izbor nije uvek jednostavan: zlato i srebro su izvrsni električni provodnici ali su i skupi tako da je njihova upotreba limitirana. Zato se, u praksi, najčešće koriste bakar, aluminijum i gvožđe, mada se u poslednje vreme sreću i neki egzotični materijali poput grafena.

Kako smanjiti gubitke izazvane električnim otporom? Jedan od načina je da ohladite provodnik kroz koji protiče električna struja. Kako temperatura opada, i intenzitet oscilovanja atomskih jezgara opada, sudari sa slobodnim elektronima se proređuju, toplotni gubici se smanjuju, samim tim i električni otpor. Kada temperaturu smanjite na apsolutnu nulu (0K), otpor provodnika dostiže neku minimalnu vrednost. U želji da detaljnije prouči ovaj fenomen, holandski naučnik Hajke Kamerling Ons je 1911. godine napravio seriju eksperimenata sa živom na vrlo niskim temperaturama koristeći tečni helijum kao sredstvo za hlađenje. Prema očekivanju, utvrdio je da otpor žive opada sa snižavanjem temperature. Međutim, kada je temperatura pala na svega 4.2K (-268.95oC), Ons je iznenađeno primetio da je električni otpor žive pao na nulu. Živa se transformisala u savršen “superprovodnik” koji ne pruža nikakav otpor proticanju električne energije. Za ovo otkriće Ons će kasnije dobiti i Nobelovu nagradu. 

Svi superprovodnici imaju još jednu interesantnu osobinu: pošaju se kao idealni dijamagnetici. Superprovodnik ne dozvljava prolazak magnetnih linija sila kroz svoju unutrašnjost. Umesto toga, okolne magnetne linije se deformišu, formirajući “jastuk” na kome superprovodnik levitira. Prostim rečima, ako superprovodnik postavite iznad magneta, superprovodik će početi slobodno da lebdi! Ova pojava, poznata kao “Majsnerov efekt” predstavlja još jedno ključno svojstvo koje svaki superprovodni materijal mora da ima.  

Najjači superprovodni elektromagnet

Prošle su decenije pre nego što je fenomen superprovodljivosti i teorijski objašnjen. Tek 1957. godine Barden, Kuper i Šrifer će pokazati da superprovodljivost nastaje zahvaljujući formiranju tzv. “Kuperovih parova”, vezanih parova elektrona koji u tandemu putuju kroz električni provodnik (objašnjenje će im kasnije doneti Nobelovu nagradu). Ovi parovi, sasvim paradoksalno, opstaju i pored činjenice da se elektroni međusobno odbijaju. Na niskim temperaturama, oscilacije atomskih jezgara suviše su male da bi Kuperovi parovi bili razbijeni na pojedinačne elektrone - oni putuju kroz materijal odbijajući se od jezgara kao ping-pong loptice, ne gubeći pritom ni delić svoje energije. 

Kasniji eksperimenti pokazali su da se, pod određenim uslovima, i drugi materijali transformišu u superprovodnike. Mnogi metali, legure, poluprovodnici pa čak i keramički materijali stiču osobine superprovodnika kada se ohlade ispod odgovarajuće kritične temperature. Kod nekih materijala, kritična temperatura je znatno viša: lantan hidrid postaje superprovodan na temperaturi od -23oC, ali uz pritisak koji je 1.9 miliona puta veći od atmosferskog. Iako ne postoji univerzalna teorijska formula koja određuje na kojoj temperaturi se neki materijal pretvara u superprovodnik, fenomen superprovodljivosti do današnjeg dana ostao je vezan za vrlo niske temperature. 

Kakva je praktična korist od superprovodljivosti? Kada jednom pokrenete elektrone u superprovodniku, oni nastavljaju da se kreću bez otpora. Proračuni pokazuju  da električna struja u superprovodniku može da opstane stotinama hiljada godina bez dodatnog izvora energije. Kada nema otpora i grejanja provodnika, jačina električne struje može da bude vrlo velika, reda nekoliko hiljada ampera. Jaka električna struja stvara ekvivalentno jako magnetno polje, neuporedivo jače od onog koje generišu standardni elektromagneti na sobnim temperaturama. 

Ovako jaki elektromagneti mogu efikasno da upravljaju kretanjem naelektrisanih čestica. Zato se duboko rashlađeni superprovodljivi magneti koriste u akcelaratorima, poput onog u Cernu u kome se snop protona ubrzava do brzine bliske brzini svetlosti. Koriste se i u eksperimentalnim fuzionim rektorima (poput ITER-a) u kojima se plazma zagreva do temperature od više desetina miliona stepeni kako bi u njoj započeo proces termonuklearne fuzije uz oslobađanje energije. Kako vrela plazma ne bi uništila zidove reaktora, ona se drži “zarobljenom” u magnetom polju koje stvaraju supreprovodni magneti. 

Kineski "maglev" voz

Korišćenjem Majsnerovog efekta i magnetne levitacije moguće je napraviti i tzv. “maglev” vozove koji lebde iznad šina na magnetnom jastuku, uz dostizanje fantastičnih brzina od oko 600 kilometara na sad. Kina već decenijama istražuje ovaj koncept a jedan voz već funkcioniše u Šangaju. Ozbiljna istraživanja vrše se i u Japanu a prva linija između Tokija i Nagoje najavljena je za 2027. godinu. Sličan projekat realizuje se i u Americi: ideja je da se Njujork i Vašington povežu “levitirajućom železnicom” tako da za put od jednog do drugog grada bude potreban samo jedan sat. 

Bez superprovodnika ne bi postojala ni magnetna rezonanca (MRI), verovatno najefikasnija i najznačajnija dijagnostička mašina današnjice. Preciznost snimka i kvalitet dijagnoze prvenstveno zavise od jačine magnetnog polja koje mašina stvara. Za tako nešto potrebni su izuzetno jaki magneti koje stvara električna struja u superprovodnicima. Superprovodnici su našli svoju primenu i u računarskoj tehnici: koriste se za kreiranje i održavanje “kubita”, fundamenatalnih informatičkih jedinica u kvantnim računarima.

Ali, ako se osvrnete oko sebe i pogledate tehničke uređaje koje svakodnevno koristimo, videćete da u njima nema superprovodnika. Kompjuteri i telefoni se i dalje greju. Elektrodistribucija i dalje potroši silne megavate električne energije na beskorisno zagrevanje dalekovoda i trafo-stanica. Vozovi i dalje koriste točkove a ne magnetne jastuke. Razlog je prost: do danas nije otkriven materijal koji bi imao superprovodna svojstva na uobičajenim (“sobnim”) temperaturama. Neophodno je duboko hlađenje koje se može obezbediti samo korišćenjem specijalnih “frižidera” u kojima se kao radni fluid koriste kriogeni gasovi. 

Zato je rad na kreiranju superprovodnika koji zadržavaju svoja svojstva i na visokim temperaturama tako važan. Zamislite svet u kome se proizvodi isključivo zelena energija iz obnovljivih izvora kao što su sunce i vetar a zatim, korišćenjem superprovodnika, transportuje do krajnjih potrošača bez ikakvog usputnog gubitka, bez emisije ugljen-dioksida i štetnih klimatskih uticaja! U tu sliku dobro će se uklopiti i buduće termonuklearne (fuzione) elektrane na čijem se razvoju intenzivno radi.

Ne može bez gubitaka

Ako bi takvi materijali postojali, mnogi uređaji bili bi drastično pojednostavljeni što bi ih učinilo jeftinijim i pristupačnijim. Tipična magnetna rezonanca, na primer, koristi oko 2.000 litara tečnog helijuma koji održava superprovodne magnete na temperaturi od svega par stepeni iznad apsolutne nule. Ohladiti helijum do tako niske temperature je tehnički komplikovan i izazovan posao. Helijum je uz to i veoma skup gas - nema ga u atmosferi već se dobija kondenzacijom iz prirodnog gasa koji je prethodno bio izložen dejstvu prirodnog zračenja duboko u zemljinoj kori. Zato su MRI uređaji izuzetno skupi što najviše pogađa pacijente u manje razvijenim zemljama koje sebi ne mogu da priušte dovoljan broj ovih dragocenih aparata. Činjenica je da se MRI uređaj može napraviti i bez superprovodnika, ali bi takav uređaj imao znatno manju rezoluciju, što bi vodilo i do manje precizne dijagnoze i neadekvatne terapije. Preciznost u ovom slučaju bukvalno predstavlja razliku između života i smrti.

Hipotetični superprovodnici na sobnoj temperaturi iz temelja bi promenili i industriju kompjutera. Mikroprocesori nove generacie bili bi bar 10 puta brži i trošili 300 puta manje energije ako bi bili napravljeni od superprovodnih materijala. Takvi čipovi generisali bi manje toplote što bi dovelo do kompaktnijeg dizajna, dužeg života baterije i manjeg opterećenja električne mreže u eri digitalne ekonomije. 

Neki superprovodnici imaju znatno veću kritičnu temparaturu tako da se u radnom stanju mogu održavati pomoću neuporedivo jeftinijeg tečnog azota koji ključa na temperaturi od -196oC. Ali ni to nije dovoljno: superprovodni materijal mora da ima i odgovarajuća mehanička svojstva kako bi mogao lako da se obrađuje i dovede do željenog oblika. Keramički superprovodnici su, recimo, suviše krti da bi imali značajniju praktičnu primenu. Postoje i krajnje egzotični materijali koji su dostupni u izobilju (poput gvožđa) ali superprovodljiva svojstva manifestuju samo na pritiscima koji su milionima puta veći od atmosfereskog čime je eliminisana mogućnost njihove tehničke upotrebe. 

Eto zbog čega je javnost sa velikom znatiželjom propratila vest o dostignuću korejskih naučnika. Ali, kada je prašina počela da se sleže, nad celo otkriće nadvio se tamni oblak. Pre svega, reklo bi se da u korejskom timu odnosi među istraživačima nisu u najboljem redu. U kratkom roku na internetu su osvanule dve verzije rada koje, u načelu, opisuju isto dostignuće ali sa značajnim razlikama. Lista autora je slična ali ne i identična. Jedan od autora je čak izjavio da prva verzia rada pati od brojnih nedostataka i da je objavljena bez njegove saglasnosti. 

Nakon toga, stručnjaci su primetili i nedostatke u metodologiji rada: pre svega, nije bilo nepristrasne recenzije. Autori nisu pre obajvljivanja zatražili mišljenje nekog od poznatih stručanjaka, što se donekle može objaviti njihovim strahom da ih neko ne pretekne i prvi objavi identičnu vest. U samom radu mnogo toga nije na zadovoljavajućem stručnom nivou: na primer, nulti električni otpor detektovan je na uzorku materijala koji nije bio dovoljno “čist”. Drugi ključni dokaz, Majsnerov efekat i levitacija uzorka materijala u magnetnom polju, takođe je traljavo izveden: uz određene uslove, u magnetnom polju mogu da lebde i grafit i bizmut i žabe i jagode, iako sve to sa superprovodljivošću nema nikakve veze. 

Kako je vreme odmicalo, korejsko “dostignuće” bilo je na sve klimavijim nogama da bi se na kraju raspalo kao kula od karata. Nakon detaljenije procene, mnogi su izjavili da Korejci, zapravo, nemaju mnogo znanja o super-provodljivosti i da su njihovi argumenti u velikoj meri nategnuti i diskutabilni. Indijski naučnici su već 31. jula bezrezervno ustvrdili da LK-99 nije superprovodnik. Sa tim su se, takoreći istovremeno, saglasili i kineski naučnici, isti oni koji su bili optimisti nakon prelminarnih rezultata. Korejsko društvo za istraživanje superprovodljivosti je 3. avgusta diskreditovalo LK-99 kao superprovodnik jer “materijal ne demonstrira Majsnerov efekt”. Slično je reagovao i Univerzitet u Merilendu, četiri dana kasnije: “Sa velikom dozom tuge moramo da kažemo: igra je završena. LK-99 nije superprovodnik, ne vredi se svađati sa istinom”.  

Diskutabilni su čak i osnovni fizički postulati. Konvencionalni superprovodnici kao što su kalaj, olovo, živa i niobijum, spadaju u metale. Mnoge legure (mešavine metala) takođe demonstriraju superprovodna svojstva na niskim temperaturama. Sa druge strane, nemetalni materijali, koji imaju višu kritičnu tempearturu, kao što je itrijum-barijum-bakar-oksid, moraju da budu “dopingovani” atomima metala na vrlo precizan način kako bi počeli da provode struju. Koreanci su krenuli od olovnog apatita koji je, u suštini, jako dobar izolator i dopingovali ga atomima bakra. Sličnost bakra i olova toliko je velika da se ne vidi kako je ovaj “bakarni tretman” uopšte mogao da izmeni bazična svojstva materijala. Jedan od naučnika, komentarišući originalni korejski rad i hemijsku kompoziciju LK-99, kaže: “Oni su svoju tezu počeli kamenom. Od kamena na kraju obično ispadne samo kamen. A kamenje ne provodi električnu struju”.

Fuzioni reaktor sutrašnjice

Iako je još uvek rano da se na celu priču stavi tačka, iako pojedini autori “korejskog čuda” istrajavaju u tvrdnjama da negativni rezultati širom sveta predstavljaju posledicu nesposobnosti da se LK-99 proizvede na pravi način, reklo bi se da naučna zajednica neumoljivo konvergira ka jedinstvenom zaključku: LK-99 ne samo da nije superprovodnik nego nije ni naročito dobar provodnik. Umesto dijamagnetnih svojstava, LK-99 je običan feromagnetni materijal, nalik na magnetnu iglu u običnom kompasu. 

Svejedno, istraživanja će se nastaviti. Današnja ekonomija bazira se sa teoriji (ne)održivog razvoja. Bez ekonomskog rasta, ceo globalni svetski poredak urušio bio se sam u sebe. Taj rast, na žalost, pogubno deluje na našu životnu okolinu i mi tek od nedavno pokušavamo da se nosimo sa tim izazovom. Superprovodnici nove generacie, uključujući i one hipotetične, koji funkcionišu na sobnoj temperaturi, predstavljaju čudotvorni materijal koji treba da umanji štetne posledice nekontrolisane ekspanzije čovečanstva: ovi materijali mogu da uspore klimatske promene, da smanje emisije štetnih gasova, podignu efikasnost mašina i unaprede kvalitet života na način koji smo dosad videli samo u naučno-fantastičnim filmovima. 

Ono što naučnici danas pokušavaju da postignu je da kreiraju superprovodljivi materijal koji je praktičan za upotrebu: on treba da bude funkcionalan na što višim temperaturama, treba da bude jeftin za proivodnju, da se lako obrađuje i da ne traži visoke radne pritiske. Takakv materijal u kratkom roku bi promenio svet u kome živimo, slično kao što su to učinili poluprovodnici. Nakon iskustva sa LK-99, reklo bi se da smo ponovo vraćeni na početnu tačku. 

Postojanje superprovodljivosti na sobnim temperaturama i dalje je jedno od najvećih nerešenih pitanja današnje fizike: da li je tako nešto uopšte moguće? Mnogi naučnici su skeptični, smatrajući da je šansa za to jednako mala kao i da na livadi naletite na jednoroga. Po njima, treba se okrenuti poboljšanju materijala koje već dobro poznajemo, tu ima još dosta prostora za napredak. Ali, naučnici su čudna bića: neki od njih nastaviće da tragaju za jednorogom, ma kako beznadežno to bilo.

Patološka nauka

Hladna fuzija, nemoguća misija

Sadašnja priča oko otkrića korejskih naučnika pomalo podseća na epizodu iz 1989. godine kada su dvojica fizičara, Martin Flajšman (Britanija) i Stenli Pons (SAD), objavili postojanje tzv. “hladne fuzije”. Eksperimentišući sa elektrolitom baziranom na teškoj vodi i elektrodama od paladijuma, načunici su uočili “energetski višak”, disbalans u uloženoj i dobijenoj energiji, koji se nije mogao objasniti hemijskim putem već isključivo nuklearnim reakcijama. Teška voda hemijski liči na onu običnu, ali su u njoj atomi vodnika zamenjeni njegovim težim izotopom - deuterijumom. Za deuterijum se odavno zna da podleže fuzionim reakcijama, procesu u kome teži elementi nastaju od lakših. Praktično istovetan proces dešava se u centru Sunca, na nezamislivo viskoim pritiscima i temperaturima, uz oslobađanje kolosalnih količina energije. Uz to, Flajšman i Pons su tvrdili da se u njihovoj aparaturi stvara i mala količina još težeg izotopa vodonika - tricijuma, nusproizvoda nuklearne fuzije - što ih je navelo na pomisao da su u jednoj običnoj čaši, na sobnoj temperaturi, uspeli da stvore minijaturno Sunce. Izobilje jeftine energije bilo je na dohvat ruke.

Čitava armija naučnika pokušala je da reprodukuje eksperiment Flajšmana i Ponsa. Ustanovljen je i Institut za hladnu fuziju koji je trebalo da radi na daljoj razradi ideje. Međutim, kako je vreme proticalo, ključne teze njihovog rada počele su da padaju u vodu, sve dok nije opovrgnut i glavni rezultat, prozivodnja tricijuma u fuzionoj reakciji. Ispostavilo se da niko nije mogao da ponovi eksperiment sa sličnim rezultatima dok je mali broj slučajeva u kojima je detektovan energetski disbalans objašnjen standardnim hemijskim procesima. Slučaj je postao toliko značajan da je njime moralo da se pozabavio i američko Ministarstvo za energiju koje je tek nakon dugotrajnog većanja odlučilo da odbaci celu ideju i uskrati bilo kakvu finansijsku pomoć naučnicima koji su se bavili fenomenom hladne fuzije. Pomenuti institut bankrotirao je jedva godinu dana nakon osnivanja.

Flajšman i Pons su dugo i uporno branili svoj rad i nisu se predavali sve dok je postojala i najmanja šansa da se u njemu krije neko originalno otkriće. Na žalost, nije ga bilo. Danas je hladna fuzija klasifikovana u tzv. “patološku nauku”. Ovaj izraz označava kontroverzna ili pseudo-naučna istraživanja koja polaze od nerealnih ili neosnovanih pretpostavki i na bazi subjektivnih interpretacija, korišćenjem kvazi-naučnih metoda, proizvode senzacionalne i netačne rezultate. Flajšman i Pons su se vratili u totalnu naučnu anonimnost i od tada nisu objavili nijedan značajniji naučni rad.

Vreme #1702