NASA kuria branduolinę raketą, kuri Marsą pasiektų vos per 45 dienas

Mes gyvename atnaujintų kosmoso tyrinėjimų eroje, kai kelios agentūros artimiausiais metais planuoja siųsti astronautus į Mėnulį. Per ateinantį dešimtmetį NASA ir Kinija į Marsą išsiųs įgulas, o netrukus prie jų gali prisijungti ir kitos šalys. Šioms ir kitoms misijoms, kurios nukels astronautus už žemos Žemės orbitos (LOO) ir Žemės ir Mėnulio sistemos ribų, reikalingos naujos technologijos, pradedant gyvybės palaikymo ir radiacinės apsaugos iki energijos ir varomosios jėgos. O kalbant apie pastarąjį, branduolinis terminis ir branduolinis elektrinis varymas (NTP/NEP) yra pagrindinis pretendentas į pergalę!

2023 m. NASA naujoviškų pažangių koncepcijų (NIAC) programos dalis NASA pasirinko branduolinę koncepciją pirmajam kūrimo etapui. Ši nauja bimodalinių branduolinių jėgainių klasė naudoja „rotoriaus pagreičio bangų ciklą“ ir gali sutrumpinti skrydžio į Marsą laiką iki 45 dienų.

Pasiūlymą, pavadintą Bimodaliniu NTP/NEP su bangų rotoriaus pagreičio ciklu, pateikė profesorius Ryanas Gosse, Floridos universiteto hipergarsinės programos direktorius ir Floridos taikomųjų inžinerijos tyrimų programos (FLARE) komandos narys. Gosse pasiūlymas yra vienas iš 14, kuriuos šiais metais NAIC atrinko pirmajam kūrimo etapui, į kurį įeina 12 500 USD dotacija, padedanti plėtoti su projektu susijusias technologijas ir metodus. Kiti pasiūlymai apėmė naujoviškus jutiklius, prietaisus, gamybos technologijas, maitinimo sistemas ir kt.

Branduolinė energija iš esmės susideda iš dviejų koncepcijų, kurios abi remiasi technologijomis, kurios buvo kruopščiai išbandytos ir patikrintos. Branduolinio terminio varymo (NTP) atveju ciklas susideda iš branduolinio reaktoriaus, kuris šildo skystą vandenilį (LH2), paverčiant jį jonizuotomis vandenilio dujomis (plazma), kurios vėliau nukreipiamos per purkštukus, kad būtų sukurta trauka. Keletas kartų buvo bandoma sukurti bandomąją šios varomosios sistemos versiją, įskaitant projektą rover, bendras JAV oro pajėgų ir Atominės energijos komisijos projektas, pradėtas 1955 m.

1959 m. NASA perėmė pareigas iš JAV oro pajėgų, o programa pradėjo naują etapą, skirtą skrydžiams į kosmosą. Dėl to galiausiai buvo sukurtas raketų transporto priemonių branduolinis variklis (NERVA), kieto branduolio branduolinis reaktorius, kuris buvo sėkmingai išbandytas. Pasibaigus „Apollo“ erai 1973 m., programos finansavimas buvo smarkiai sumažintas, todėl ji buvo atšaukta prieš atliekant bet kokius skrydžio bandymus.

Kita vertus, branduolinė elektrinė varomoji jėga (NEP) priklauso nuo branduolinio reaktoriaus, kuris maitina Holo efekto privairavimo įrenginį (joninį variklį), kuris sukuria elektromagnetinį lauką, kuris jonizuoja ir pagreitina inertines dujas (pvz., Ksenoną), kad sukurtų trauką. Pastangos plėtoti šią technologiją apima NASA „Prometheus“ projektą pagal Branduolinių sistemų iniciatyvą (NSI).

Abi sistemos turi didelių pranašumų, palyginti su tradiciniais cheminiais varikliais, įskaitant didesnį specifinį impulsą (Isp), degalų efektyvumą ir praktiškai neribotą energijos tankį. Nors koncepcijos skiriasi tuo, kad suteikia daugiau nei 10 tūkstančių sekundžių specifinį impulsą, tai yra, gali išlaikyti trauką beveik tris valandas, tačiau traukos lygis yra gana žemas, palyginti su įprastomis raketomis ir NTP.

Elektros energijos šaltinio poreikis, anot G. Gosse, taip pat kelia klausimą dėl šilumos išsklaidymo erdvėje, kur šiluminės energijos konversija idealiomis sąlygomis yra 30–40%. Ir nors NERVA NTP dizainas yra geriausias būdas pilotuoti misijas į Marsą ir už jos ribų, šis metodas taip pat turi problemų, susijusių su tinkamų pradinių ir galutinių masės dalių užtikrinimu didelio delta bangos bangų misijoms.

Štai kodėl pirmenybė teikiama pasiūlymams, apimantiems abu judėjimo būdus (bimodalinius), nes juose derinami abiejų privalumai. Gosse pasiūlymas apima bimodalinį konstrukciją, pagrįstą NERVA kietojo kuro reaktoriumi, kuris suteiktų 900 sekundžių specifinį impulsą (Isp), ty dvigubai daugiau nei dabartinis cheminių raketų efektyvumas.

Gosse siūlomas ciklas taip pat apima bangų slėgio stiprintuvą arba bangų rotorių (WR), technologiją, naudojamą vidaus degimo varikliuose, kuri naudoja slėgio bangas, sukurtas dėl įsiurbiamo oro suspaudimo reakcijos.

Suporuotas su NTP varikliu, WR naudos slėgį, susidarantį kaitinant LH2 kurą reaktoriuje, kad toliau suspaustų reakcijos masę. Kaip žada Gosse, tai suteiks traukos lygius, panašius į NERVA klasės NTP koncepciją, tačiau paleidimo laikas bus 1400 2000–XNUMX XNUMX sekundžių. Kartu su NEP ciklu, pasak Gosse, potraukio lygis dar labiau padidėja.

Jei naudojami įprasti varikliai, pilotuojama misija į Marsą gali trukti iki trejų metų. Šios misijos prasidės kas 26 mėnesius, kai Žemė ir Marsas bus artimiausiu atstumu (vadinamoji Marso opozicija), o tranzitu praleis mažiausiai šešis – devynis mėnesius.

45 dienų (šešių su puse savaitės) tranzitas sutrumpintų bendrą misijos laiką iki mėnesių, o ne metų. Tai labai sumažintų pagrindinę riziką, susijusią su misijomis į Marsą, įskaitant radiacijos poveikį, laiką, praleistą mikrogravitacijoje, ir susijusias sveikatos problemas.

Be elektrinių, yra pasiūlymų dėl naujų reaktorių konstrukcijų, kurios užtikrintų stabilų energijos tiekimą ilgalaikėms antžeminėms misijoms, kai saulės ir vėjo energija ne visada pasiekiama.

Pavyzdžiui, NASA kilovatų reaktorius naudojant Sterlingo technologiją (KRUSTY) ir dalijimosi/sintezės hibridinis reaktorius, pasirinktas pirmajam NASA kūrimo etapui pagal programą NAIC 2023. Šios ir kitos branduolinės technologijos vieną dieną gali sudaryti sąlygas pilotuoti misijas į Marsą ir kitas vietas gilioje erdvėje. , gal greičiau nei manome!

Taip pat įdomu:

• Kodėl NASA Venerą pavadino Žemės „blogąja dvyne“?
• NASA Webb teleskopas atrado savo pirmąją egzoplanetą