 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
Vivemos em uma era de exploração espacial renovada, com várias agências planejando enviar astronautas à lua nos próximos anos. Na próxima década, a NASA e a China enviarão equipes para Marte, e outros países podem se juntar a eles em breve. Essas e outras missões que levarão os astronautas além da órbita baixa da Terra (LOO) e do sistema Terra-Lua exigem novas tecnologias, desde suporte à vida e proteção contra radiação até energia e propulsão. E quando se trata do último, Propulsão Nuclear Térmica e Elétrica Nuclear (NTP/NEP) é o principal candidato à vitória!
Como parte do programa 2023 NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), a NASA selecionou um conceito nuclear para a primeira fase de desenvolvimento. Esta nova classe de usinas nucleares bimodais usa um "ciclo de onda de aceleração do rotor" e pode reduzir o tempo de voo para Marte para 45 dias.
A proposta, chamada Bimodal NTP/NEP com Wave Rotor Acceleration Cycle, foi apresentada pelo professor Ryan Gosse, diretor do programa hipersônico da Universidade da Flórida e membro da equipe do Programa de Pesquisa Aplicada em Engenharia da Flórida (FLARE). A proposta de Gosse é uma das 14 selecionadas pelo NAIC este ano para a primeira fase de desenvolvimento, que inclui uma doação de US$ 12 para ajudar a desenvolver as tecnologias e métodos associados ao projeto. Outras ofertas incluíam sensores inovadores, instrumentação, tecnologias de fabricação, sistemas de energia e muito mais.
A energia nuclear basicamente se resume a dois conceitos, ambos baseados em tecnologias que foram exaustivamente testadas e verificadas. Para a Propulsão Térmica Nuclear (NTP), o ciclo consiste em um reator nuclear que aquece o hidrogênio líquido (LH2), transformando-o em gás hidrogênio ionizado (plasma), que é então direcionado através de bocais para criar empuxo. Várias tentativas foram feitas para criar uma versão de teste deste sistema de propulsão, incluindo o projeto Vagabundo, um projeto conjunto da Força Aérea dos EUA e da Comissão de Energia Atômica que foi lançado em 1955.
Em 1959, a NASA substituiu a Força Aérea dos EUA e o programa entrou em uma nova fase dedicada a aplicações em voos espaciais. Isto eventualmente levou à Propulsão Nuclear para Veículos Foguetes (NERVA), um reator nuclear de núcleo sólido que foi testado com sucesso. Com o fim da era Apollo em 1973, o financiamento para o programa foi drasticamente cortado, levando ao seu cancelamento antes da realização de quaisquer testes de voo.
A propulsão elétrica nuclear (NEP), por outro lado, depende de um reator nuclear para alimentar um propulsor de efeito Hall (propulsor de íons) que gera um campo eletromagnético que ioniza e acelera um gás inerte (como o xenônio) para criar impulso. Os esforços para desenvolver esta tecnologia incluem o projeto Prometheus da NASA sob a Iniciativa de Sistemas Nucleares (NSI).
Ambos os sistemas têm vantagens significativas sobre os motores químicos tradicionais, incluindo maior impulso específico (Isp), eficiência de combustível e densidade de energia virtualmente ilimitada. Embora os conceitos difiram por fornecerem um impulso específico de mais de 10 mil segundos, ou seja, podem manter o empuxo por quase três horas, o nível de empuxo é bastante baixo em comparação com foguetes convencionais e NTPs.
A necessidade de uma fonte de energia elétrica, disse Gosse, também levanta a questão da dissipação de calor no espaço, onde a conversão de energia térmica é de 30 a 40% em condições ideais. E enquanto os projetos NTP da NERVA são o melhor método para missões tripuladas a Marte e além, este método também tem problemas em fornecer frações de massa iniciais e finais adequadas para missões de alta onda delta.
É por isso que as propostas que incluem ambos os modos de movimento (bimodal) são preferidas, pois combinam as vantagens de ambos. A proposta de Gosse envolve um projeto bimodal baseado no reator de combustível sólido NERVA, que forneceria um impulso específico (Isp) de 900 segundos, o dobro do desempenho atual dos foguetes químicos.
O ciclo proposto por Gosse também inclui um intensificador de pressão de onda ou rotor de onda (WR), uma tecnologia usada em motores de combustão interna que usa ondas de pressão criadas pela reação de compressão do ar de admissão.
Emparelhado com um motor NTP, o WR usará a pressão criada pelo aquecimento do combustível LH2 no reator para comprimir ainda mais a massa de reação. Como Gosse promete, isso fornecerá níveis de propulsão comparáveis aos do conceito NTP da classe NERVA, mas com um tempo de lançamento de 1400 a 2000 segundos. Quando combinado com o ciclo NEP, diz Gosse, o nível de desejo aumenta ainda mais.
Se forem usados motores convencionais, uma missão tripulada a Marte pode durar até três anos. Essas missões serão lançadas a cada 26 meses quando a Terra e Marte estiverem em sua menor distância (a chamada oposição marciana) e passarão pelo menos de seis a nove meses em trânsito.
Um trânsito de 45 dias (seis semanas e meia) reduziria o tempo total da missão para meses em vez de anos. Isso reduziria muito os principais riscos associados às missões a Marte, incluindo exposição à radiação, tempo gasto em microgravidade e problemas de saúde relacionados.
Além das usinas de energia, há propostas para novos projetos de reatores que forneceriam uma fonte de energia estável para missões terrestres de longa duração, onde a energia solar e eólica nem sempre estão disponíveis.
Os exemplos incluem o Reator Kilowatt Using Sterling Technology (KRUSTY) da NASA e o Reator Híbrido Fission/Fusion selecionado para a primeira fase de desenvolvimento da NASA sob o programa NAIC 2023. Essas e outras tecnologias nucleares podem um dia permitir missões tripuladas a Marte e outros lugares no espaço profundo , talvez mais cedo do que pensamos!
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