Żyjemy w erze wznowionej eksploracji kosmosu, w której wiele agencji planuje wysłać astronautów Księżyc w nadchodzących latach. W następnej dekadzie nastąpią misje załogowe do Mars przez NASA i Chiny, do których wkrótce mogą dołączyć inne narody.
Te i inne misje, które zabiorą astronautów poza niską orbitę okołoziemską (LEO) i układ Ziemia-Księżyc, wymagają nowych technologii, od podtrzymywania życia i ochrony przed promieniowaniem po energię i napęd.
A jeśli chodzi o to drugie, Jądrowy i jądrowy napęd termoelektryczny (NTP/NEP) jest najlepszym konkurentem!
NASA i radziecki program kosmiczny spędziły dziesięciolecia na badaniu napędu jądrowego podczas wyścigu kosmicznego.
Kilka lat temu NASA wznowił swój program nuklearny W celu opracowania bimodalnego napędu jądrowego – dwuczęściowego systemu składającego się z elementu NTP i NEP – który mógłby umożliwiać przechodzenie do Mars za 100 dni.
jako część Zaawansowane innowacyjne koncepcje NASA (NIAC) na rok 2023, NASA wybrała koncepcję nuklearną do pierwszego etapu rozwoju. Ta nowa klasa bimodalnego systemu napędu jądrowego wykorzystuje „Dopełnienie cyklu fali zawrotów głowyI może skrócić czas tranzytu na Marsa do zaledwie 45 dni.
Propozycja nosi tytułPodwójny tryb NTP/NEP z doładowaniem cyklu fali obrotowej”, autorstwa profesora Ryana Gossa, kierownika obszaru programu hipersonicznego na Uniwersytecie Florydy i członka Uniwersytetu Florydy Badania stosowane na Florydzie w inżynierii Zespół FLARE.
Propozycja Gosse jest jedną z 14 wybranych przez NAIC w tym roku do fazy 1 rozwoju, która obejmuje grant w wysokości 12 500 USD na pomoc w dopracowaniu zastosowanej technologii i metod. Inne propozycje obejmowały czujniki, narzędzia, technologie produkcyjne, innowacyjne systemy zasilania i nie tylko.
border frame=”0″allow=”akcelerometr; automatyczny start; Zapis do schowka. nośniki kodowane żyroskopowo; Obrazek w obrazku; udostępnianie w sieci „allowfullscreen>”.
Napęd jądrowy zasadniczo sprowadza się do dwóch koncepcji, z których obie opierają się na rygorystycznie przetestowanych i zatwierdzonych technologiach.
W przypadku jądrowego napędu termicznego (NTP) cykl składa się z propelenta podgrzewającego ciekły wodór (LH2) w reaktorze jądrowym, przekształcając go w zjonizowany gazowy wodór (plazmę), który jest następnie przepuszczany przez dysze w celu wytworzenia ciągu.
Podjęto kilka prób zbudowania testu tego układu napędowego, m.in projekt łazikawspólny wysiłek USAF i Komisji Energii Atomowej (AEC) rozpoczęty w 1955 roku.
W 1959 roku NASA przejęła misję od USAF, a program wszedł w nową fazę poświęconą zastosowaniom w lotach kosmicznych. To ostatecznie doprowadziło do Silnik jądrowy do zastosowań w pojazdach rakietowych (Nerva), który jest pomyślnie przetestowanym reaktorem jądrowym na paliwo stałe.
Wraz z zamknięciem ery Apollo w 1973 roku finansowanie programu zostało drastycznie obcięte, co doprowadziło do jego odwołania, zanim mogły się odbyć jakiekolwiek testy w locie. W międzyczasie Sowieci opracowali własną koncepcję NTP (RD-0410) w latach 1965-1980 i przeprowadził jeden test naziemny, zanim program został odwołany.
Z drugiej strony, Nuclear Electric Propulsion (NEP) polega na dostarczaniu energii elektrycznej do reaktora jądrowego Motyw efektu Halla (silnik jonowy), który wytwarza pole elektromagnetyczne, które jonizuje i przyspiesza gaz obojętny (taki jak ksenon) w celu wytworzenia ciągu. Próby rozwoju tej technologii obejmują NASA Inicjatywa systemów jądrowych (INS) Projekt Prometeusz (2003-2005).
Oba systemy mają znaczące zalety w porównaniu z konwencjonalnym napędem chemicznym, w tym wyższy wskaźnik napędu właściwego (Isp), oszczędność paliwa i praktycznie nieograniczoną gęstość energii.
Chociaż koncepcje NEP mają tę zaletę, że zapewniają ponad 10 000 sekund ISp, co oznacza, że mogą utrzymać ciąg przez prawie trzy godziny, poziom ciągu jest bardzo niski w porównaniu z pociskami konwencjonalnymi i NTP.
Zapotrzebowanie na źródło energii elektrycznej wiąże się również z kwestią wyrzucania ciepła w przestrzeń kosmiczną, mówi Gosse – konwersja energii cieplnej wynosi od 30 do 40 procent w idealnych warunkach.
I chociaż projekty NTP NERVA są preferowaną metodą załogowych misji na Marsa i dalej, ta metoda ma również problemy z zapewnieniem wystarczających początkowych i końcowych ułamków masowych dla misji o wysokim delta-v.
Dlatego preferowane są propozycje uwzględniające obie metody płatności (bimodalne), ponieważ będą łączyć zalety obu. Propozycja Gosse wymaga konstrukcji bimodalnej opartej na reaktorze NERVA z rdzeniem stałym, który dostarczałby wskazany impuls (Isp) o czasie 900 sekund, czyli dwa razy więcej niż obecne rakiety chemiczne.
Proponowany cykl Gosse obejmuje również doładowanie z falą ciśnieniową – lub Wave Rotor (WR) – technologię stosowaną w silnikach spalinowych, która wykorzystuje fale ciśnienia wytwarzane przez sprzężenie zwrotne do sprężania powietrza dolotowego.
W połączeniu z silnikiem NTP, WR wykorzystuje ciśnienie wytwarzane przez reaktor podgrzewający paliwo LH2 do dalszego sprężania masy reakcyjnej. Zgodnie z obietnicą Gosse, zapewni to poziomy ciągu podobne do tych z koncepcji NTP klasy NERVA, ale z ISP na poziomie 1400-2000. W połączeniu z cyklem NEP, Powiedział Gosse, poziomy nacisku są jeszcze lepsze:
„W połączeniu z cyklem NEP, cykl pracy ISP można zwiększyć (1800-4000 sekund) przy minimalnym dodaniu suchej masy. Ta dwumodowa konstrukcja umożliwia szybki transfer na misje załogowe (45 dni na Marsa) i rewolucjonizuje badania głębinowe eksploracji kosmosu naszego Układu Słonecznego”.
Oparta na konwencjonalnej technologii napędu załogowa misja na Marsa może trwać nawet trzy lata. Misje te będą uruchamiane co 26 miesięcy, kiedy Ziemia i Mars znajdą się w swoim najbliższym punkcie (znanym również jako opozycja Marsa) i spędzą co najmniej sześć do dziewięciu miesięcy w tranzycie.
45-dniowy (sześć i pół tygodnia) tranzyt skróciłby całkowity czas zadania do miesięcy, a nie lat. To znacznie zmniejszyłoby główne ryzyko związane z misjami na Marsa, w tym narażenie na promieniowanie, czas spędzony w mikrograwitacji i związane z tym problemy zdrowotne.
Oprócz napędu, istnieją propozycje nowych projektów reaktorów, które zapewniłyby stabilne źródło zasilania dla długotrwałych misji na powierzchni, w których energia słoneczna i wiatrowa nie zawsze są dostępne.
Przykłady obejmują NASA Reaktor Kilopower wykorzystujący technologię Sterlinga (KRUSTY) f Hybrydowy reaktor rozszczepienia / syntezy jądrowej Został wybrany do pierwszej fazy rozwoju przez selekcję NASA NAIC 2023.
Te i inne zastosowania nuklearne mogą pewnego dnia umożliwić załogowe misje na Marsa i inne miejsca w przestrzeni kosmicznej, być może wcześniej, niż nam się wydaje!
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany przez wszechświat dzisiaj. Czytać Oryginalny artykuł.
