 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
Živimo u eri obnovljenog istraživanja svemira, s nekoliko agencija koje planiraju poslati astronaute na Mjesec u nadolazećim godinama. U sljedećem desetljeću NASA i Kina poslat će posade na Mars, a uskoro bi im se mogle pridružiti i druge zemlje. Ove i druge misije koje će astronaute odvesti izvan niske Zemljine orbite (LOO) i sustava Zemlja-Mjesec zahtijevaju nove tehnologije u rasponu od održavanja života i zaštite od zračenja do energije i pogona. A kada je riječ o potonjem, nuklearni toplinski i nuklearni električni pogon (NTP/NEP) glavni je konkurent za pobjedu!
U sklopu NASA-inog programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) za 2023. godinu, NASA je odabrala nuklearni koncept za prvu fazu razvoja. Ova nova klasa bimodalnih nuklearnih elektrana koristi "valni ciklus ubrzanja rotora" i može smanjiti vrijeme leta do Marsa na 45 dana.
Prijedlog, nazvan Bimodal NTP/NEP with Wave Rotor Acceleration Cycle, iznio je profesor Ryan Gosse, direktor programa hipersonike na Sveučilištu Florida i član tima Floridskog programa za primijenjena istraživanja u inženjerstvu (FLARE). Gosseov prijedlog jedan je od 14 koje je NAIC ove godine odabrao za prvu fazu razvoja, koja uključuje potporu od 12 dolara za pomoć razvoju tehnologija i metoda povezanih s projektom. Ostale ponude uključivale su inovativne senzore, instrumente, proizvodne tehnologije, sustave napajanja i još mnogo toga.
Nuklearna energija se u biti svodi na dva koncepta, od kojih se oba oslanjaju na tehnologije koje su temeljito testirane i verificirane. Za nuklearni toplinski pogon (NTP), ciklus se sastoji od nuklearnog reaktora koji zagrijava tekući vodik (LH2), pretvarajući ga u ionizirani vodikov plin (plazma), koji se zatim usmjerava kroz mlaznice za stvaranje potiska. Učinjeno je nekoliko pokušaja izrade testne verzije ovog pogonskog sustava, uključujući i projekt Lutalica, zajednički projekt Zračnih snaga SAD-a i Komisije za atomsku energiju koji je pokrenut 1955. godine.
Godine 1959. NASA je preuzela upravljanje od američkih zračnih snaga, a program je ušao u novu fazu posvećenu primjeni u svemirskim letovima. To je na kraju dovelo do Nuklearnog pogona za raketna vozila (NERVA), nuklearnog reaktora s čvrstom jezgrom koji je uspješno testiran. S krajem Apollo ere 1973., financiranje programa je drastično smanjeno, što je dovelo do njegovog otkazivanja prije nego što su provedena bilo kakva testiranja leta.
Nuklearni električni pogon (NEP), s druge strane, oslanja se na nuklearni reaktor za pogon Hallovog potisnika (ionski potisnik) koji stvara elektromagnetsko polje koje ionizira i ubrzava inertni plin (kao što je ksenon) za stvaranje potiska. Napori za razvoj ove tehnologije uključuju NASA-in projekt Prometheus u sklopu Inicijative za nuklearne sustave (NSI).
Oba sustava imaju značajne prednosti u odnosu na tradicionalne kemijske motore, uključujući veći specifični impuls (Isp), učinkovitost goriva i gotovo neograničenu gustoću energije. Iako se koncepti razlikuju po tome što daju specifični impuls duži od 10 tisuća sekundi, odnosno mogu održavati potisak gotovo tri sata, razina potiska je dosta niska u usporedbi s konvencionalnim raketama i NTP-ovima.
Potreba za izvorom električne energije, rekao je Gosse, također otvara pitanje rasipanja topline u prostoru, gdje je pretvorba toplinske energije 30-40% u idealnim uvjetima. I dok su NERVA-ini NTP dizajni najbolja metoda za misije s ljudskom posadom na Mars i šire, ova metoda također ima problema s pružanjem odgovarajućih početnih i konačnih udjela mase za misije s visokim delta udarom.
Zbog toga se preferiraju prijedlozi koji uključuju obje metode kretanja (bimodalne), budući da kombiniraju prednosti obje. Gosseov prijedlog uključuje bimodalni dizajn temeljen na reaktoru na kruto gorivo NERVA, koji bi davao specifični impuls (Isp) od 900 sekundi, dvostruko više od trenutnih performansi kemijskih raketa.
Gosseov predloženi ciklus također uključuje valni pojačivač tlaka ili valni rotor (WR), tehnologiju koja se koristi u motorima s unutarnjim izgaranjem koja koristi tlačne valove stvorene reakcijom kompresije usisnog zraka.
Uparen s NTP motorom, WR će koristiti tlak stvoren zagrijavanjem LH2 goriva u reaktoru za daljnje sabijanje reakcijske mase. Kao što Gosse obećava, to će osigurati razine potiska usporedive s onima NTP koncepta klase NERVA, ali s vremenom lansiranja od 1400-2000 sekundi. U kombinaciji s NEP ciklusom, rekao je Gosse, razina žudnje se još više povećava.
Ako se koriste konvencionalni motori, misija s posadom na Mars može trajati do tri godine. Te će misije lansirati svakih 26 mjeseci kada su Zemlja i Mars na najvećoj udaljenosti (tzv. marsovska opozicija), a u tranzitu će provesti najmanje šest do devet mjeseci.
Tranzit od 45 dana (šest i pol tjedana) skratio bi ukupno vrijeme misije na mjesece umjesto na godine. To bi uvelike smanjilo glavne rizike povezane s misijama na Mars, uključujući izloženost zračenju, vrijeme provedeno u mikrogravitaciji i povezane zdravstvene probleme.
Osim elektrana, postoje prijedlozi za nove dizajne reaktora koji bi osigurali stabilnu opskrbu energijom za dugotrajne zemaljske misije gdje solarna energija i energija vjetra nisu uvijek dostupni.
Primjeri uključuju NASA-in Kilowatt Reactor Using Sterling Technology (KRUSTY) i Fission/Fusion Hybrid Reactor odabran za NASA-inu prvu fazu razvoja u okviru programa NAIC 2023. Ove i druge nuklearne tehnologije mogle bi jednog dana omogućiti misije s posadom na Mars i druga mjesta u dubokom svemiru , možda i prije nego što mislimo!
Također zanimljivo: