 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
Trăim într-o eră a explorării spațiale reînnoite, mai multe agenții plănuind să trimită astronauți pe Lună în următorii ani. În următorul deceniu, NASA și China vor trimite echipaje pe Marte, iar alte țări s-ar putea să li se alăture în curând. Acestea și alte misiuni care vor duce astronauții dincolo de orbita joasă a Pământului (LOO) și sistemul Pământ-Lună necesită noi tehnologii, de la suportul vieții și protecția împotriva radiațiilor până la energie și propulsie. Și când vine vorba de acesta din urmă, propulsia nucleară termică și electrică nucleară (NTP/NEP) este principalul candidat la victorie!
Ca parte a programului NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) 2023, NASA a selectat un concept nuclear pentru prima fază de dezvoltare. Această nouă clasă de centrale nucleare bimodale folosește un „ciclu de undă de accelerare a rotorului” și poate reduce timpul de zbor către Marte la 45 de zile.
Propunerea, numită Bimodal NTP/NEP cu Wave Rotor Acceleration Cycle, a fost înaintată de profesorul Ryan Gosse, director al programului de hipersonică la Universitatea din Florida și membru al echipei Florida Program for Applied Research in Engineering (FLARE). Propunerea lui Gosse este una dintre cele 14 selectate de NAIC în acest an pentru prima fază de dezvoltare, care include un grant de 12 USD pentru a ajuta la dezvoltarea tehnologiilor și metodelor asociate proiectului. Alte oferte includ senzori inovatori, instrumente, tehnologii de fabricație, sisteme de alimentare și multe altele.
Energia nucleară se rezumă în esență la două concepte, ambele se bazează pe tehnologii care au fost testate și verificate temeinic. Pentru propulsia termică nucleară (NTP), ciclul constă dintr-un reactor nuclear care încălzește hidrogenul lichid (LH2), transformându-l în hidrogen gazos ionizat (plasmă), care este apoi direcționat prin duze pentru a crea forță. Au fost făcute mai multe încercări de a crea o versiune de testare a acestui sistem de propulsie, inclusiv proiectul vagabond, un proiect comun al Forțelor Aeriene ale SUA și al Comisiei pentru Energie Atomică care a fost lansat în 1955.
În 1959, NASA a preluat de la US Air Force, iar programul a intrat într-o nouă fază dedicată aplicațiilor de zboruri spațiale. În cele din urmă, acest lucru a dus la Propulsia nucleară pentru vehicule cu rachete (NERVA), un reactor nuclear cu miez solid care a fost testat cu succes. Odată cu sfârșitul erei Apollo în 1973, finanțarea programului a fost redusă drastic, ducând la anularea acestuia înainte de efectuarea oricăror teste de zbor.
Propulsia electrică nucleară (NEP), pe de altă parte, se bazează pe un reactor nuclear pentru a alimenta un propulsor cu efect Hall (impulsor ionic) care generează un câmp electromagnetic care ionizează și accelerează un gaz inert (cum ar fi xenonul) pentru a crea forță. Eforturile de dezvoltare a acestei tehnologii includ proiectul NASA Prometheus în cadrul Inițiativei Sistemelor Nucleare (NSI).
Ambele sisteme au avantaje semnificative față de motoarele chimice tradiționale, inclusiv un impuls specific mai mare (ISp), eficiența consumului de combustibil și densitate de energie practic nelimitată. Deși conceptele diferă prin faptul că oferă un impuls specific de peste 10 mii de secunde, adică pot menține tracțiunea timp de aproape trei ore, nivelul de tracțiune este destul de scăzut în comparație cu rachetele convenționale și NTP-urile.
Necesitatea unei surse de energie electrică, a spus Gosse, ridică și problema disipării căldurii în spațiu, unde conversia energiei termice este de 30-40% în condiții ideale. Și în timp ce modelele NTP ale NERVA sunt cea mai bună metodă pentru misiunile cu echipaj pe Marte și nu numai, această metodă are, de asemenea, probleme cu furnizarea de fracțiuni de masă inițiale și finale adecvate pentru misiunile cu supratensiune înaltă.
Iată de ce sunt preferate propunerile care includ ambele metode de mișcare (bimodale), întrucât îmbină avantajele ambelor. Propunerea lui Gosse presupune un design bimodal bazat pe reactorul cu combustibil solid NERVA, care ar oferi un impuls specific (Isp) de 900 de secunde, de două ori performanța actuală a rachetelor chimice.
Ciclul propus de Gosse include, de asemenea, un amplificator de presiune sau un rotor de val (WR), o tehnologie folosită în motoarele cu ardere internă care utilizează unde de presiune create de reacția de compresie a aerului de admisie.
Împreună cu un motor NTP, WR va folosi presiunea creată prin încălzirea combustibilului LH2 în reactor pentru a comprima și mai mult masa de reacție. După cum promite Gosse, acest lucru va oferi niveluri de tracțiune comparabile cu cele ale conceptului NTP din clasa NERVA, dar cu un timp de lansare de 1400-2000 de secunde. Atunci când este combinat cu ciclul NEP, spune Gosse, nivelul de pofte crește și mai mult.
Dacă se folosesc motoare convenționale, o misiune cu echipaj pe Marte poate dura până la trei ani. Aceste misiuni se vor lansa la fiecare 26 de luni când Pământul și Marte se află la cea mai apropiată distanță (așa-numita opoziție marțiană) și vor petrece cel puțin șase până la nouă luni în tranzit.
Un tranzit de 45 de zile (șase săptămâni și jumătate) ar reduce timpul total al misiunii la luni în loc de ani. Acest lucru ar reduce considerabil principalele riscuri asociate cu misiunile pe Marte, inclusiv expunerea la radiații, timpul petrecut în microgravitație și problemele de sănătate conexe.
În plus față de centralele electrice, există propuneri pentru noi modele de reactoare care ar oferi o sursă de energie stabilă pentru misiunile la sol de lungă durată în care energia solară și eoliană nu sunt întotdeauna disponibile.
Printre exemple se numără Reactorul Kilowatt folosind Tehnologia Sterling de la NASA (KRUSTY) și Reactorul hibrid Fission/Fusion selectat pentru prima fază de dezvoltare a NASA în cadrul programului NAIC 2023. Acestea și alte tehnologii nucleare ar putea permite într-o zi misiuni cu echipaj uman pe Marte și în alte locuri din spațiul profund. , poate mai devreme decât credem!
Interesant de asemenea: