NASA が火星にわずか 45 日で到達する核ロケットを開発中

私たちは新たな宇宙探査の時代に生きており、いくつかの機関が今後数年間で宇宙飛行士を月に送ることを計画しています. 今後 年間で、NASA と中国は乗組員を火星に派遣し、他の国もすぐに参加する可能性があります。 宇宙飛行士を地球低軌道 (LOO) や地球-月システムに連れて行くこれらのミッションやその他のミッションには、生命維持や放射線防護からエネルギーや推進力に至るまでの新しい技術が必要です。 後者に関して言えば、核熱および原子力電気推進 (NTP/NEP) が勝利の主な候補です!

2023 年の NASA の革新的な先進概念 (NIAC) プログラムの一環として、NASA は開発の第 45 段階で核の概念を選択しました。 この新しいクラスのバイモーダル原子力発電所は、「ローター加速波サイクル」を使用し、火星への飛行時間を 日に短縮することができます。

Wave Rotor Acceleration Cycle を使用した Bimodal NTP/NEP と呼ばれるこの提案は、フロリダ大学の極超音速プログラムのディレクターであり、Florida Program for Applied Research in Engineering (FLARE) チームのメンバーである Ryan Gosse 教授によって提唱されました。 Gosse の提案は、今年 NAIC が開発の第 14 段階として選択した 12 の提案の 500 つであり、プロジェクトに関連する技術と方法の開発を支援するための ドルの助成金が含まれています。 その他の製品には、革新的なセンサー、計装、製造技術、電源システムなどが含まれていました。

原子力は本質的に 2 つの概念に要約されます。どちらも徹底的にテストされ、検証された技術に依存しています。 核熱推進 (NTP) の場合、サイクルは、液体水素 (LH) を加熱してイオン化水素ガス (プラズマ) に変換する原子炉で構成されます。このガスは、ノズルを通過して推力を生み出します。 プロジェクトを含む、この推進システムのテストバージョンを作成するためのいくつかの試みが行われました ローバーは、1955 年に開始された米国空軍と原子力委員会の共同プロジェクトです。

1959 年に NASA がアメリカ空軍から引き継ぎ、プログラムは宇宙飛行への応用に特化した新たな段階に入りました。最終的に、これは実験に成功した固体コア原子炉であるロケット推進用核推進装置 (NERVA) につながりました。 1973 年にアポロ時代が終わると、計画への資金は大幅に削減され、飛行試験が行われる前に計画は中止されました。

一方、原子力電気推進 (NEP) は、原子炉に依存してホール効果スラスター (イオンスラスター) に電力を供給します。このスラスターは、電磁場を生成し、不活性ガス (キセノンなど) をイオン化および加速して推力を生成します。 この技術を開発する取り組みには、Nuclear Systems Initiative (NSI) の下での NASA の Prometheus プロジェクトが含まれます。

どちらのシステムも、より高い比推力 (Isp)、燃料効率、実質的に無制限のエネルギー密度など、従来の化学エンジンに比べて大きな利点があります。 比推力が10万秒を超える、つまり時間近く推力を維持できるという点でコンセプトは異なりますが、従来のロケットやNTPに比べて推力のレベルはかなり低いです。

Gosse 氏によると、電力源の必要性は、理想的な条件下での熱エネルギー変換が 30 ～ 40% である宇宙での熱放散の問題も引き起こします。 また、NERVA の NTP 設計は、火星以降への有人ミッションに最適な方法ですが、この方法には、高デルタ サージ ミッションに適切な初期および最終質量分率を提供するという問題もあります。

これが、両方の利点を兼ね備えているため、両方の移動方法 (バイモーダル) を含む提案が好まれる理由です。 Gosse の提案には、NERVA 固体燃料原子炉に基づくバイモーダル設計が含まれており、現在の化学ロケットの 900 倍の 秒の比推力 (Isp) を提供します。

Gosse が提案するサイクルには、波圧ブースターまたはウェーブ ローター (WR) も含まれます。これは、吸気の圧縮反応によって生成される圧力波を使用する内燃エンジンで使用される技術です。

NTP エンジンと組み合わせると、WR は原子炉内で LH2 燃料を加熱することによって生成される圧力を使用して、反応塊をさらに圧縮します。 Gosse が約束しているように、これは NERVA クラスの NTP コンセプトに匹敵する推力レベルを提供しますが、発射時間は 1400 ～ 2000 秒です。 Gosse 氏によると、NEP サイクルと組み合わせると、欲求のレベルはさらに高まります。

従来のエンジンを使用した場合、火星への有人ミッションは最大 26 年間続く可能性があります。 これらのミッションは、地球と火星が最も接近したとき (いわゆる火星オポジション) に か月ごとに打ち上げられ、少なくとも ～ か月は輸送に費やされます。

45 日間 ( 週間半) のトランジットにより、ミッションの合計時間が数年ではなく数か月に短縮されます。 これにより、放射線被ばく、微小重力環境で過ごす時間、および関連する健康問題など、火星へのミッションに関連する主なリスクが大幅に軽減されます。

発電所に加えて、太陽光や風力が常に利用できるとは限らない長期の地上ミッションに安定した電力供給を提供する新しい原子炉設計の提案があります。

例には、NASA のスターリング技術を使用したキロワット原子炉 (KRUSTY) や、NAIC 2023 プログラムの下で NASA の開発の第 段階に選択された核分裂/核融合ハイブリッド原子炉が含まれます. これらおよび他の核技術は、いつか火星や深宇宙の他の場所への有人ミッションを可能にするかもしれません. 、おそらく私たちが思っているよりも早く！

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