 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
Живеем в епоха на подновено изследване на космоса, като няколко агенции планират да изпратят астронавти на Луната през следващите години. През следващото десетилетие НАСА и Китай ще изпратят екипажи на Марс, а скоро към тях може да се присъединят и други страни. Тези и други мисии, които ще изведат астронавтите извън ниската околоземна орбита (LOO) и системата Земя-Луна, изискват нови технологии, вариращи от поддържане на живота и радиационна защита до енергия и задвижване. И когато става дума за последното, ядрено топлинно и ядрено електрическо задвижване (NTP/NEP) е основният претендент за победа!
Като част от програмата за 2023 г. на НАСА за иновативни усъвършенствани концепции (NIAC), НАСА избра ядрена концепция за първата фаза на разработка. Този нов клас бимодални ядрени електроцентрали използва "цикъл на вълната на ускоряване на ротора" и може да намали времето за полет до Марс до 45 дни.
Предложението, наречено Bimodal NTP/NEP with Wave Rotor Acceleration Cycle, беше представено от професор Ryan Gosse, директор на хиперзвуковата програма в Университета на Флорида и член на Програмата на Флорида за приложни изследвания в инженерството (FLARE) екип. Предложението на Gosse е едно от 14-те, избрани от NAIC тази година за първата фаза на разработка, която включва безвъзмездна помощ от $12 500 за подпомагане на разработването на технологиите и методите, свързани с проекта. Други предложения включват иновативни сензори, инструменти, производствени технологии, енергийни системи и др.
Ядрената енергия по същество се свежда до две концепции, като и двете разчитат на технологии, които са щателно тествани и проверени. За ядрено термично задвижване (NTP) цикълът се състои от ядрен реактор, който загрява течния водород (LH2), превръщайки го в йонизиран водороден газ (плазма), който след това се насочва през дюзи за създаване на тяга. Бяха направени няколко опита за създаване на тестова версия на тази система за задвижване, включително проекта пират, съвместен проект на ВВС на САЩ и Комисията за атомна енергия, който стартира през 1955 г.
През 1959 г. НАСА пое управлението от ВВС на САЩ и програмата навлезе в нова фаза, посветена на приложенията за космически полети. Това в крайна сметка доведе до ядреното задвижване за ракетни превозни средства (NERVA), ядрен реактор с твърдо ядро, който беше успешно тестван. С края на ерата на Аполо през 1973 г. финансирането на програмата беше драстично намалено, което доведе до отмяната й преди провеждането на каквито и да е полетни тестове.
Ядреното електрическо задвижване (NEP), от друга страна, разчита на ядрен реактор за захранване на двигател с ефект на Хол (йонен двигател), който генерира електромагнитно поле, което йонизира и ускорява инертен газ (като ксенон), за да създаде тяга. Усилията за разработване на тази технология включват проекта Prometheus на НАСА в рамките на Инициативата за ядрени системи (NSI).
И двете системи имат значителни предимства пред традиционните химически двигатели, включително по-висок специфичен импулс (Isp), горивна ефективност и практически неограничена енергийна плътност. Въпреки че концепциите се различават по това, че осигуряват специфичен импулс от повече от 10 хиляди секунди, тоест могат да поддържат тяга почти три часа, нивото на тяга е доста ниско в сравнение с конвенционалните ракети и NTP.
Нуждата от източник на електрическа енергия, каза Госе, също повдига въпроса за разсейването на топлината в космоса, където преобразуването на топлинна енергия е 30-40% при идеални условия. И докато проектите на NERVA за NTP са най-добрият метод за пилотирани мисии до Марс и отвъд, този метод също има проблеми с осигуряването на адекватни начални и крайни масови фракции за мисии с висока делта вълна.
Ето защо се предпочитат предложения, които включват и двата начина на придвижване (бимодални), тъй като комбинират предимствата и на двата. Предложението на Gosse включва бимодален дизайн, базиран на реактора за твърдо гориво NERVA, който би осигурил специфичен импулс (Isp) от 900 секунди, два пъти повече от сегашните характеристики на химическите ракети.
Предложеният от Gosse цикъл също включва вълнов усилвател на налягането или вълнов ротор (WR), технология, използвана в двигателите с вътрешно горене, която използва вълни на налягане, създадени от реакцията на компресия на входящия въздух.
В комбинация с двигател NTP, WR ще използва налягането, създадено от нагряването на горивото LH2 в реактора, за допълнително компресиране на реакционната маса. Както Госе обещава, това ще осигури нива на тяга, сравними с тези на NTP концепцията от клас NERVA, но с време за изстрелване от 1400-2000 секунди. Когато се комбинира с цикъла NEP, казва Госе, нивото на апетита се увеличава още повече.
Ако се използват конвенционални двигатели, пилотираната мисия до Марс може да продължи до три години. Тези мисии ще стартират на всеки 26 месеца, когато Земята и Марс са на най-близко разстояние (така наречената марсианска опозиция), и ще прекарат поне шест до девет месеца в транзит.
45-дневен (шест седмици и половина) транзит би съкратил общото време на мисията до месеци вместо години. Това значително ще намали основните рискове, свързани с мисиите до Марс, включително излагане на радиация, време, прекарано в микрогравитация, и свързани здравословни проблеми.
В допълнение към електроцентралите има предложения за нови конструкции на реактори, които биха осигурили стабилно електрозахранване за дългосрочни наземни мисии, където слънчевата и вятърната енергия не винаги са налични.
Примерите включват киловатовия реактор на НАСА, използващ технологията Sterling (KRUSTY) и хибридния реактор за делене/ядрен синтез, избран за първата фаза на разработка на НАСА по програмата NAIC 2023. Тези и други ядрени технологии може един ден да позволят пилотирани мисии до Марс и други места в дълбокия космос , може би по-рано, отколкото си мислим!
Също интересно: