 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
Žijeme v ére obnoveného prieskumu vesmíru, pričom niekoľko agentúr plánuje v najbližších rokoch vyslať astronautov na Mesiac. V nasledujúcom desaťročí NASA a Čína pošlú posádky na Mars a čoskoro sa k nim môžu pridať aj ďalšie krajiny. Tieto a ďalšie misie, ktoré dostanú astronautov za nízku obežnú dráhu Zeme (LOO) a systém Zem-Mesiac, si vyžadujú nové technológie od podpory života a radiačnej ochrany až po energiu a pohon. A keď príde na to druhé, hlavným kandidátom na víťazstvo je jadrový tepelný a jadrový elektrický pohon (NTP/NEP)!
V rámci programu 2023 NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) si NASA vybrala jadrový koncept pre prvú fázu vývoja. Táto nová trieda bimodálnych jadrových elektrární využíva „cyklus vĺn zrýchlenia rotora“ a dokáže skrátiť čas letu na Mars na 45 dní.
Návrh s názvom Bimodal NTP/NEP with Wave Rotor Acceleration Cycle predložil profesor Ryan Gosse, riaditeľ hypersonického programu na Floridskej univerzite a člen tímu Florida Program for Applied Research in Engineering (FLARE). Gosseho návrh je jedným zo 14 vybraných NAIC tento rok pre prvú fázu vývoja, ktorá zahŕňa grant vo výške 12 500 dolárov na pomoc pri vývoji technológií a metód spojených s projektom. Ďalšie ponuky zahŕňali inovatívne senzory, prístrojové vybavenie, výrobné technológie, energetické systémy a ďalšie.
Jadrová energia sa v podstate scvrkáva na dva koncepty, z ktorých oba sa spoliehajú na technológie, ktoré boli dôkladne testované a overené. V prípade jadrového tepelného pohonu (NTP) cyklus pozostáva z jadrového reaktora, ktorý ohrieva kvapalný vodík (LH2) a premieňa ho na ionizovaný vodíkový plyn (plazmu), ktorý je potom nasmerovaný cez dýzy na vytvorenie ťahu. Bolo urobených niekoľko pokusov o vytvorenie testovacej verzie tohto pohonného systému, vrátane projektu tulák, spoločný projekt amerického letectva a Komisie pre atómovú energiu, ktorý bol spustený v roku 1955.
V roku 1959 NASA prevzala vedenie od amerického letectva a program vstúpil do novej fázy venovanej aplikáciám vesmírnych letov. Nakoniec to viedlo k Nuclear Propulsion for Rocket Vehicles (NERVA), jadrovému reaktoru s pevným jadrom, ktorý bol úspešne testovaný. S koncom éry Apolla v roku 1973 bolo financovanie programu drasticky znížené, čo viedlo k jeho zrušeniu pred vykonaním akýchkoľvek letových testov.
Jadrový elektrický pohon (NEP) sa na druhej strane spolieha na jadrový reaktor, ktorý poháňa motor Hallovho efektu (iónový pohon), ktorý generuje elektromagnetické pole, ktoré ionizuje a urýchľuje inertný plyn (napríklad xenón), aby vytvoril ťah. Snahy o vývoj tejto technológie zahŕňajú projekt NASA Prometheus v rámci iniciatívy Nuclear Systems Initiative (NSI).
Oba systémy majú významné výhody oproti tradičným chemickým motorom, vrátane vyššieho špecifického impulzu (Isp), palivovej účinnosti a prakticky neobmedzenej hustoty energie. Hoci sa koncepcie líšia v tom, že poskytujú špecifický impulz dlhší ako 10 tisíc sekúnd, to znamená, že dokážu udržať ťah takmer tri hodiny, úroveň ťahu je v porovnaní s konvenčnými raketami a NTP dosť nízka.
Potreba zdroja elektrickej energie, povedal Gosse, tiež vyvoláva problém rozptylu tepla vo vesmíre, kde premena tepelnej energie je za ideálnych podmienok 30-40%. A zatiaľ čo návrhy NTP spoločnosti NERVA sú najlepšou metódou pre misie s ľudskou posádkou na Mars a ďalej, táto metóda má tiež problémy s poskytovaním adekvátnych počiatočných a konečných hmotnostných frakcií pre misie s vysokým nárastom delta.
Preto sa uprednostňujú návrhy, ktoré zahŕňajú oba spôsoby pohybu (bimodálny), pretože spájajú výhody oboch. Gosseho návrh zahŕňa bimodálny dizajn založený na reaktore na tuhé palivo NERVA, ktorý by poskytoval špecifický impulz (Isp) 900 sekúnd, čo je dvojnásobok súčasného výkonu chemických rakiet.
Gosseho navrhovaný cyklus zahŕňa aj vlnový posilňovač tlaku alebo vlnový rotor (WR), technológiu používanú v spaľovacích motoroch, ktorá využíva tlakové vlny vytvorené kompresnou reakciou nasávaného vzduchu.
V spojení s motorom NTP bude WR využívať tlak vytvorený zahrievaním paliva LH2 v reaktore na ďalšie stlačenie reakčnej hmoty. Ako Gosse sľubuje, poskytne to úrovne ťahu porovnateľné s konceptom NTP triedy NERVA, ale s časom spustenia 1400 2000 – XNUMX XNUMX sekúnd. V kombinácii s cyklom NEP, hovorí Gosse, sa úroveň túžby ešte viac zvyšuje.
Ak sa použijú konvenčné motory, pilotovaná misia na Mars môže trvať až tri roky. Tieto misie budú štartovať každých 26 mesiacov, keď budú Zem a Mars v najbližšej vzdialenosti (takzvaná marťanská opozícia), a strávia najmenej šesť až deväť mesiacov tranzitom.
45-dňový (šesť a pol týždňa) tranzit by skrátil celkový čas misie na mesiace namiesto rokov. To by výrazne znížilo hlavné riziká spojené s misiami na Mars, vrátane vystavenia žiareniu, času stráveného v mikrogravitácii a súvisiacich zdravotných problémov.
Okrem elektrární existujú návrhy nových návrhov reaktorov, ktoré by poskytovali stabilné napájanie pre dlhodobé pozemné misie, kde solárna a veterná energia nie je vždy dostupná.
Príklady zahŕňajú kilowattový reaktor NASA využívajúci Sterlingovu technológiu (KRUSTY) a štiepny/fúzny hybridný reaktor vybraný pre prvú fázu vývoja NASA v rámci programu NAIC 2023. Tieto a ďalšie jadrové technológie môžu jedného dňa umožniť pilotované misie na Mars a ďalšie miesta v hlbokom vesmíre. , možno skôr, ako si myslíme!
Tiež zaujímavé: