 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
Vi lever i en tid med fornyet romutforskning, med flere byråer som planlegger å sende astronauter til månen i de kommende årene. I det neste tiåret vil NASA og Kina sende mannskaper til Mars, og andre land kan snart slutte seg til dem. Disse og andre oppdrag som vil ta astronauter utover lav jordbane (LOO) og Earth-Moon-systemet krever ny teknologi som spenner fra livstøtte og strålebeskyttelse til energi og fremdrift. Og når det kommer til sistnevnte, er Nuclear Thermal and Nuclear Electric Propulsion (NTP/NEP) den viktigste konkurrenten til seier!
Som en del av 2023 NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programmet, har NASA valgt et kjernefysisk konsept for den første utviklingsfasen. Denne nye klassen av bimodale kjernekraftverk bruker en "rotorakselerasjonsbølgesyklus" og kan redusere flytiden til Mars til 45 dager.
Forslaget, kalt Bimodal NTP/NEP med Wave Rotor Acceleration Cycle, ble fremmet av professor Ryan Gosse, direktør for hypersonic-programmet ved University of Florida og medlem av Florida Program for Applied Research in Engineering (FLARE) team. Gosses forslag er et av 14 valgt ut av NAIC i år for den første utviklingsfasen, som inkluderer et tilskudd på 12 500 dollar for å hjelpe til med å utvikle teknologiene og metodene knyttet til prosjektet. Andre tilbud inkluderte innovative sensorer, instrumentering, produksjonsteknologier, kraftsystemer og mer.
Atomkraft koker i hovedsak ned til to konsepter, som begge er avhengige av teknologier som er grundig testet og verifisert. For Nuclear Thermal Propulsion (NTP) består syklusen av en kjernefysisk reaktor som varmer opp flytende hydrogen (LH2), og gjør det om til ionisert hydrogengass (plasma), som deretter ledes gjennom dyser for å skape skyvekraft. Det er gjort flere forsøk på å lage en testversjon av dette fremdriftssystemet, inkludert prosjektet rover, et felles prosjekt av US Air Force og Atomic Energy Commission som ble lansert i 1955.
I 1959 tok NASA over fra det amerikanske luftvåpenet, og programmet gikk inn i en ny fase dedikert til romfartsapplikasjoner. Dette førte til slutt til Nuclear Propulsion for Rocket Vehicles (NERVA), en solid-core atomreaktor som ble vellykket testet. Med slutten av Apollo-æraen i 1973 ble finansieringen av programmet drastisk kuttet, noe som førte til at det ble kansellert før flyprøver ble utført.
Kjernefysisk elektrisk fremdrift (NEP), derimot, er avhengig av en atomreaktor for å drive en Hall-effekt thruster (ion thruster) som genererer et elektromagnetisk felt som ioniserer og akselererer en inert gass (som xenon) for å skape skyvekraft. Arbeidet med å utvikle denne teknologien inkluderer NASAs Prometheus-prosjekt under Nuclear Systems Initiative (NSI).
Begge systemene har betydelige fordeler i forhold til tradisjonelle kjemiske motorer, inkludert høyere spesifikk impuls (Isp), drivstoffeffektivitet og praktisk talt ubegrenset energitetthet. Selv om konseptene er forskjellige ved at de gir en spesifikk impuls på mer enn 10 tusen sekunder, det vil si at de kan opprettholde skyvekraften i nesten tre timer, er skyvekraftsnivået ganske lavt sammenlignet med konvensjonelle raketter og NTP-er.
Behovet for en elektrisk kraftkilde, sa Gosse, reiser også spørsmålet om varmespredning i rommet, der termisk energikonvertering er 30-40 % under ideelle forhold. Og selv om NERVAs NTP-design er den beste metoden for bemannede oppdrag til Mars og utover, har denne metoden også problemer med å gi tilstrekkelige innledende og endelige massefraksjoner for oppdrag med høy delta-bølge.
Dette er grunnen til at forslag som inkluderer begge bevegelsesmetodene (bimodale) foretrekkes, da de kombinerer fordelene med begge. Gosses forslag innebærer et bimodalt design basert på NERVA-reaktoren for fast brensel, som vil gi en spesifikk impuls (Isp) på 900 sekunder, dobbelt så høy ytelse som kjemiske raketter.
Gosses foreslåtte syklus inkluderer også en bølgetrykkforsterker eller bølgerotor (WR), en teknologi som brukes i forbrenningsmotorer som bruker trykkbølger skapt av kompresjonsreaksjonen til inntaksluften.
Sammen med en NTP-motor vil WR bruke trykket som skapes ved å varme opp LH2-drivstoffet i reaktoren for å komprimere reaksjonsmassen ytterligere. Som Gosse lover, vil dette gi skyvekraftsnivåer som kan sammenlignes med NTP-konseptet i NERVA-klassen, men med en lanseringstid på 1400-2000 sekunder. Kombinert med NEP-syklusen, sa Gosse, øker nivået av cravings enda mer.
Hvis konvensjonelle motorer brukes, kan et bemannet oppdrag til Mars vare i opptil tre år. Disse oppdragene vil starte hver 26. måned når Jorden og Mars er på deres nærmeste avstand (den såkalte Mars-opposisjonen), og vil tilbringe minst seks til ni måneder i transitt.
En 45-dagers (seks og en halv uke) transitt ville kutte den totale oppdragstiden til måneder i stedet for år. Dette vil i stor grad redusere hovedrisikoen forbundet med oppdrag til Mars, inkludert strålingseksponering, tid brukt i mikrogravitasjon og relaterte helseproblemer.
I tillegg til kraftverk er det forslag til nye reaktordesign som vil gi en stabil strømforsyning for langvarige bakkeoppdrag der sol- og vindkraft ikke alltid er tilgjengelig.
Eksempler inkluderer NASAs Kilowatt Reactor Using Sterling Technology (KRUSTY) og Fission/Fusion Hybrid Reactor valgt for NASAs første utviklingsfase under NAIC 2023-programmet. Disse og andre kjernefysiske teknologier kan en dag muliggjøre bemannede oppdrag til Mars og andre steder i verdensrommet , kanskje raskere enn vi tror!
Også interessant: