 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
אנו חיים בעידן של חקר חלל מחודש, כאשר מספר סוכנויות מתכננות לשלוח אסטרונאוטים לירח בשנים הקרובות. בעשור הקרוב, נאס"א וסין ישלחו צוותים למאדים, ומדינות אחרות עשויות להצטרף אליהם בקרוב. משימות אלו ואחרות שייקחו את האסטרונאוטים מעבר למסלול נמוך (LOO) ומערכת כדור הארץ-ירח דורשות טכנולוגיות חדשות החל מתמיכה בחיים והגנה מפני קרינה ועד לאנרגיה והנעה. וכאשר מדובר באחרון, הנעה תרמית גרעינית והנעה חשמלית גרעינית (NTP/NEP) היא המתמודדת העיקרית על הניצחון!
כחלק מתוכנית NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) לשנת 2023, נאס"א בחרה קונספט גרעיני לשלב הראשון של הפיתוח. מחלקה חדשה זו של תחנות כוח גרעיניות דו-מודאליות משתמשת ב"מחזור גלי האצת הרוטור" ויכולה להפחית את זמן הטיסה למאדים ל-45 ימים.
ההצעה, שנקראת Bimodal NTP/NEP with Wave Rotor Acceleration Cycle, הועלתה על ידי פרופסור ריאן גוסה, מנהל תוכנית ההיפרסוניקה באוניברסיטת פלורידה וחבר בצוות פלורידה למחקר יישומי בהנדסה (FLARE). ההצעה של Gosse היא אחת מ-14 שנבחרו על ידי ה-NAIC השנה לשלב הראשון של הפיתוח, הכולל מענק של 12 דולר כדי לסייע בפיתוח הטכנולוגיות והשיטות הקשורות לפרויקט. הצעות אחרות כללו חיישנים חדשניים, מכשור, טכנולוגיות ייצור, מערכות חשמל ועוד.
כוח גרעיני מסתכם בעצם בשני מושגים, שניהם מסתמכים על טכנולוגיות שנבדקו ואומתו ביסודיות. עבור הנעה תרמית גרעינית (NTP), המחזור מורכב מכור גרעיני המחמם מימן נוזלי (LH2), והופך אותו לגז מימן מיונן (פלזמה), אשר מופנה לאחר מכן דרך חרירים ליצירת דחף. נעשו מספר ניסיונות ליצור גרסת ניסוי של מערכת הנעה זו, כולל הפרויקט נוֹדֵד, פרויקט משותף של חיל האוויר האמריקאי והנציבות לאנרגיה אטומית שהושק ב-1955.
בשנת 1959, נאס"א השתלטה על חיל האוויר האמריקאי, והתוכנית נכנסה לשלב חדש שהוקדש ליישומי טיסות חלל. זה הוביל בסופו של דבר להנעה גרעינית לכלי רכב רקטות (NERVA), כור גרעיני עם ליבה מוצקה שנבדק בהצלחה. עם תום עידן אפולו ב-1973, המימון לתוכנית קוצץ באופן דרסטי, מה שהוביל לביטולה לפני ניסוי טיסה כלשהם.
הנעה חשמלית גרעינית (NEP), לעומת זאת, מסתמכת על כור גרעיני כדי להפעיל מדחף אפקט הול (מדחף יונים) שיוצר שדה אלקטרומגנטי המיינן ומאיץ גז אינרטי (כגון קסנון) ליצירת דחף. המאמצים לפתח טכנולוגיה זו כוללים את פרויקט פרומתאוס של נאס"א במסגרת יוזמת המערכות הגרעיניות (NSI).
לשתי המערכות יש יתרונות משמעותיים על פני מנועים כימיים מסורתיים, כולל דחף ספציפי גבוה יותר (Isp), יעילות דלק וצפיפות אנרגיה בלתי מוגבלת כמעט. למרות שהמושגים שונים בכך שהם מספקים דחף ספציפי של יותר מ-10 אלף שניות, כלומר, הם יכולים לשמור על דחף במשך כמעט שלוש שעות, רמת הדחף נמוכה למדי בהשוואה לרקטות ו-NTP קונבנציונליים.
הצורך במקור חשמל, אמר גוס, מעלה גם את נושא פיזור החום בחלל, שבו המרת אנרגיה תרמית היא 30-40% בתנאים אידיאליים. ולמרות שעיצובי ה-NTP של NERVA הם השיטה הטובה ביותר למשימות מאוישות למאדים ומעבר לכך, לשיטה זו יש גם בעיות עם אספקת שברי מסה ראשוניים וסופיים נאותים למשימות של גלים גבוהים בדלתא.
זו הסיבה שמעדיפות הצעות הכוללות את שתי שיטות התנועה (בימודאליות), שכן הן משלבות את היתרונות של שתיהן. ההצעה של Gosse כוללת תכנון דו-מודאלי המבוסס על כור הדלק המוצק NERVA, שיספק דחף ספציפי (Isp) של 900 שניות, פי שניים מהביצועים הנוכחיים של רקטות כימיות.
המחזור המוצע של Gosse כולל גם מגבר לחץ גל או רוטור גל (WR), טכנולוגיה המשמשת במנועי בעירה פנימית המשתמשת בגלי לחץ הנוצרים מתגובת הדחיסה של אוויר הצריכה.
בשילוב עם מנוע NTP, ה-WR ישתמש בלחץ שנוצר על ידי חימום הדלק LH2 בכור כדי לדחוס עוד יותר את מסת התגובה. כפי שמבטיח Gosse, זה יספק רמות דחף דומות לזו של קונספט NTP בדרגת NERVA, אך עם זמן השקה של 1400-2000 שניות. בשילוב עם מחזור ה-NEP, אומר גוס, רמת התשוקה עולה עוד יותר.
אם משתמשים במנועים קונבנציונליים, משימה מאוישת למאדים יכולה להימשך עד שלוש שנים. משימות אלו ישגרו כל 26 חודשים כאשר כדור הארץ ומאדים נמצאים במרחק הקרוב ביותר שלהם (מה שנקרא אופוזיציה מאדים), ויעברו לפחות שישה עד תשעה חודשים במעבר.
מעבר של 45 יום (שישה וחצי שבועות) יקצץ את זמן המשימה הכולל לחודשים במקום שנים. זה יפחית במידה ניכרת את הסיכונים העיקריים הקשורים למשימות למאדים, לרבות חשיפה לקרינה, זמן השהייה במיקרו-כבידה ובעיות בריאות נלוות.
בנוסף לתחנות כוח, ישנן הצעות לתכנוני כורים חדשים שיספקו אספקת חשמל יציבה למשימות קרקע ארוכות טווח שבהן כוח שמש ורוח לא תמיד זמין.
דוגמאות כוללות את כור קילוואט של נאס"א באמצעות טכנולוגיית סטרלינג (KRUSTY) ואת הכור ההיברידי Fission/Fusion שנבחר לשלב הפיתוח הראשון של נאס"א במסגרת תוכנית NAIC 2023. טכנולוגיות גרעיניות אלו וטכנולוגיות גרעיניות אחרות עשויות יום אחד לאפשר משימות מאוישות למאדים ולמקומות אחרים בחלל העמוק. , אולי מוקדם ממה שאנחנו חושבים!
מעניין גם: