We leven in een tijdperk van hernieuwde verkenning van de ruimte, waarin veel agentschappen van plan zijn astronauten te sturen Maan in de komende jaren. Dit zal in het komende decennium worden gevolgd door bemande missies naar Mars door NASA en China, die binnenkort door andere landen kunnen worden vergezeld.
Deze en andere missies die astronauten voorbij de lage baan om de aarde (LEO) en het aarde-maansysteem brengen, vereisen nieuwe technologieën, variërend van levensondersteuning en stralingsbescherming tot energie en voortstuwing.
En wat dat laatste betreft, Thermonucleaire en nucleaire elektrische voortstuwing (NTP/NEP) is de beste concurrent!
NASA en het Sovjetruimteprogramma hebben tientallen jaren onderzoek gedaan naar nucleaire voortstuwing tijdens de ruimterace.
Een paar jaar geleden, NASA zijn nucleaire programma opnieuw opgestart Met het oog op de ontwikkeling van bimodale nucleaire voortstuwing – een tweedelig systeem bestaande uit een NTP- en NEP-component – dat doorgang naar Mars over 100 dagen.
als onderdeel van Geavanceerde innovatieve NASA-concepten (NIAC) voor 2023, selecteerde NASA een nucleair concept voor de eerste fase van ontwikkeling. Deze nieuwe klasse van bi-modaal nucleair voortstuwingssysteem maakt gebruik van “Roterende golfcyclus toppingEn het zou de transittijden naar Mars kunnen verkorten tot slechts 45 dagen.
Het voorstel is getiteldDual mode NTP/NEP met roterende golfcyclus topping‘, door professor Ryan Goss, gebiedsvoorzitter van het Hypersonics-programma aan de Universiteit van Florida en lid van de Universiteit van Florida Toegepast onderzoek in engineering in Florida FLARE-team.
Het voorstel van Gosse is een van de 14 die dit jaar door NAIC zijn geselecteerd voor fase 1-ontwikkeling, inclusief een subsidie van $ 12.500 om de gebruikte technologie en methoden te helpen ontwikkelen. Andere voorstellen omvatten sensoren, gereedschappen, productietechnologieën, innovatieve energiesystemen en meer.
border frame=”0″allow=”versnellingsmeter; automatische start; Klembord schrijven. gyroscoop gecodeerde media; foto in foto; delen op het web “allowfullscreen>”.
Nucleaire voortstuwing komt in wezen neer op twee concepten, die beide gebaseerd zijn op grondig geteste en gevalideerde technologieën.
Voor nucleaire thermische voortstuwing (NTP) bestaat de cyclus uit een drijfgas dat vloeibare waterstof (LH2) van een kernreactor verwarmt en omzet in geïoniseerd waterstofgas (plasma) dat vervolgens door mondstukken wordt geleid om stuwkracht te genereren.
Er zijn verschillende pogingen gedaan om een test van dit voortstuwingssysteem te bouwen, incl rover-projecteen samenwerking tussen de USAF en de Atomic Energy Commission (AEC) gelanceerd in 1955.
In 1959 nam NASA de missie over van de USAF en het programma ging een nieuwe fase in gewijd aan ruimtevluchttoepassingen. Dit leidde uiteindelijk tot Nucleaire motor voor toepassing in raketvoertuigen (Nerva), een met succes geteste vaste kernreactor.
Met de afsluiting van het Apollo-tijdperk in 1973 werd de financiering voor het programma drastisch verlaagd, wat leidde tot de annulering ervan voordat er vliegproeven konden plaatsvinden. Ondertussen ontwikkelden de Sovjets hun eigen NTP-concept (RD-0410) tussen 1965 en 1980 en voerde één grondtest uit voordat het programma werd geannuleerd.
Aan de andere kant vertrouwt Nuclear Electric Propulsion (NEP) op een kernreactor om elektriciteit aan te leveren Hall-effect motief (ionenmotor), die een elektromagnetisch veld genereert dat een inert gas (zoals xenon) ioniseert en versnelt om stuwkracht te creëren. Pogingen om deze technologie te ontwikkelen omvatten NASA Initiatief voor nucleaire systemen (INS) Het Prometheus-project (2003 tot 2005).
Beide systemen hebben aanzienlijke voordelen ten opzichte van conventionele chemische voortstuwing, waaronder een hogere specifieke voortstuwingsclassificatie (Isp), brandstofefficiëntie en vrijwel onbeperkte energiedichtheid.
Hoewel NEP-concepten meer dan 10.000 ISp-besparingen opleveren, wat betekent dat ze bijna drie uur stuwkracht kunnen behouden, is het stuwkrachtniveau erg laag in vergelijking met conventionele en NTP-raketten.
De behoefte aan een elektrische stroombron roept ook de kwestie op van het verdrijven van warmte in de ruimte, zegt Gosse – de omzetting van warmte-energie is 30 tot 40 procent onder ideale omstandigheden.
En hoewel NTP NERVA-ontwerpen de geprefereerde methode zijn voor bemande missies naar Mars en daarbuiten, heeft deze methode ook problemen met het leveren van voldoende begin- en eindmassafracties voor missies met een hoge delta-v.
Daarom hebben voorstellen die beide betaalmethoden (bimodaal) bevatten de voorkeur, omdat ze de voordelen van beide combineren. Het voorstel van Gosse vraagt om een bimodaal ontwerp op basis van de NERVA-reactor met vaste kern die een aangegeven impuls (Isp) van 900 seconden zou leveren, tweemaal de huidige prestatie van chemische raketten.
De voorgestelde Gosse-cyclus omvat ook een drukgolfaanjager – of Wave Rotor (WR) – een technologie die wordt gebruikt in verbrandingsmotoren die drukgolven benut die worden gegenereerd door feedback op de druk van inlaatlucht.
In combinatie met een NTP-motor gebruikt de WR de druk die wordt gecreëerd door de reactorverwarmende LH2-brandstof om de reactiemassa verder te comprimeren. Zoals beloofd door Gosse, zal dit stuwkrachtniveaus opleveren die vergelijkbaar zijn met die van het NERVA-klasse NTP-concept, maar met een ISP van 1400-2000s. In combinatie met een NEP-cyclus, Hij zei Gosse, push-niveaus zijn verder verbeterd:
“In combinatie met de NEP-cyclus kan de ISp-inschakelduur (1800-4000 seconden) worden verhoogd met minimale toevoeging van droge massa. Dit dual-mode ontwerp maakt een snelle overdracht mogelijk voor bemande missies (45 dagen naar Mars) en zorgt voor een revolutie in de diepe ruimte verkenning van ons zonnestelsel”.
Op basis van conventionele voortstuwingstechnologie zou een bemande missie naar Mars wel drie jaar kunnen duren. Deze missies worden elke 26 maanden gelanceerd wanneer de aarde en Mars het dichtst bij zijn (ook wel Mars-oppositie genoemd) en zullen minstens zes tot negen maanden onderweg zijn.
Een transit van 45 dagen (zes en een halve week) zou de totale taaktijd terugbrengen tot maanden in plaats van jaren. Dit zou de grote risico’s die gepaard gaan met missies naar Mars aanzienlijk verminderen, waaronder blootstelling aan straling, tijd doorgebracht in microzwaartekracht en gerelateerde gezondheidsproblemen.
Naast voortstuwing zijn er voorstellen voor nieuwe reactorontwerpen die een stabiele energiebron zouden bieden voor langdurige oppervlaktemissies waar zonne- en windenergie niet altijd beschikbaar zijn.
Voorbeelden zijn NASA Kilopower-reactor met behulp van Sterling-technologie (KRUSTY) f Hybride kernsplijting/fusiereactor Het is geselecteerd voor de eerste ontwikkelingsfase door NASA’s NAIC 2023-selectie.
Deze en andere nucleaire toepassingen zouden op een dag bemande missies naar Mars en andere locaties in de verre ruimte mogelijk kunnen maken, misschien eerder dan we denken!
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd door het universum vandaag. Lezen Het originele artikel.
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”