 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
Vi lever i en æra med fornyet rumudforskning, hvor flere agenturer planlægger at sende astronauter til månen i de kommende år. I det næste årti vil NASA og Kina sende besætninger til Mars, og andre lande kan snart slutte sig til dem. Disse og andre missioner, der vil føre astronauter ud over lavt kredsløb om Jorden (LOO) og Jord-Måne-systemet kræver nye teknologier lige fra livsstøtte og strålingsbeskyttelse til energi og fremdrift. Og når det kommer til sidstnævnte, er Nuclear Thermal and Nuclear Electric Propulsion (NTP/NEP) den største udfordrer til sejren!
Som en del af 2023 NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programmet har NASA valgt et nukleart koncept til den første fase af udviklingen. Denne nye klasse af bimodale atomkraftværker bruger en "rotoraccelerationsbølgecyklus" og kan reducere flyvetiden til Mars til 45 dage.
Forslaget, kaldet Bimodal NTP/NEP med Wave Rotor Acceleration Cycle, blev fremsat af professor Ryan Gosse, direktør for hypersonic-programmet ved University of Florida og medlem af Florida Program for Applied Research in Engineering (FLARE) team. Gosses forslag er et af 14 udvalgte af NAIC i år til den første fase af udviklingen, som inkluderer et tilskud på $12 til at hjælpe med at udvikle de teknologier og metoder, der er forbundet med projektet. Andre tilbud omfattede innovative sensorer, instrumentering, produktionsteknologier, strømsystemer og mere.
Atomkraft bunder i det væsentlige ned til to koncepter, som begge er afhængige af teknologier, der er blevet grundigt testet og verificeret. For Nuclear Thermal Propulsion (NTP) består kredsløbet af en atomreaktor, der opvarmer flydende brint (LH2), omdanner det til ioniseret brintgas (plasma), som derefter ledes gennem dyser for at skabe tryk. Der er gjort flere forsøg på at lave en testversion af dette fremdriftssystem, herunder projektet Rover, et fælles projekt af US Air Force og Atomic Energy Commission, der blev lanceret i 1955.
I 1959 overtog NASA fra det amerikanske luftvåben, og programmet gik ind i en ny fase, der var helliget rumflyvningsapplikationer. I sidste ende førte dette til Nuclear Propulsion for Rocket Vehicles (NERVA), en solid-core nuklear reaktor, der blev testet med succes. Med afslutningen af Apollo-æraen i 1973 blev finansieringen til programmet skåret drastisk ned, hvilket førte til dets annullering, før nogen flyvetest blev udført.
Nuklear elektrisk fremdrift (NEP), på den anden side, er afhængig af en atomreaktor til at drive en Hall-effekt thruster (ion thruster), der genererer et elektromagnetisk felt, der ioniserer og accelererer en inert gas (såsom xenon) for at skabe tryk. Bestræbelser på at udvikle denne teknologi omfatter NASAs Prometheus-projekt under Nuclear Systems Initiative (NSI).
Begge systemer har betydelige fordele i forhold til traditionelle kemiske motorer, herunder højere specifik impuls (Isp), brændstofeffektivitet og praktisk talt ubegrænset energitæthed. Selvom koncepterne adskiller sig ved, at de giver en specifik impuls på mere end 10 sekunder, det vil sige, at de kan opretholde tryk i næsten tre timer, er trykniveauet ret lavt sammenlignet med konventionelle raketter og NTP'er.
Behovet for en elektrisk strømkilde, sagde Gosse, rejser også spørgsmålet om varmeafledning i rummet, hvor termisk energiomdannelse er 30-40% under ideelle forhold. Og selvom NERVAs NTP-design er den bedste metode til bemandede missioner til Mars og videre, har denne metode også problemer med at levere tilstrækkelige indledende og endelige massefraktioner til høj-delta-surge-missioner.
Derfor foretrækkes forslag, der omfatter begge bevægelsesmetoder (bimodale), da de kombinerer fordelene ved begge. Gosses forslag involverer et bimodalt design baseret på NERVA fastbrændselsreaktoren, som ville give en specifik impuls (Isp) på 900 sekunder, dobbelt så stor som den nuværende ydeevne af kemiske raketter.
Gosses foreslåede cyklus inkluderer også en bølgetryksforstærker eller bølgerotor (WR), en teknologi, der bruges i forbrændingsmotorer, der bruger trykbølger skabt af kompressionsreaktionen af indsugningsluften.
Parret med en NTP-motor vil WR bruge det tryk, der skabes ved at opvarme LH2-brændstoffet i reaktoren til yderligere at komprimere reaktionsmassen. Som Gosse lover, vil dette give stødniveauer, der kan sammenlignes med NTP-konceptet i NERVA-klassen, men med en lanceringstid på 1400-2000 sekunder. Kombineret med NEP-cyklussen, sagde Gosse, stiger niveauet af cravings endnu mere.
Hvis der bruges konventionelle motorer, kan en bemandet mission til Mars vare op til tre år. Disse missioner vil starte hver 26. måned, når Jorden og Mars er på deres nærmeste afstand (den såkaldte Mars-opposition), og vil tilbringe mindst seks til ni måneder i transit.
En 45-dages (seks og en halv uge) transit ville reducere den samlede missionstid til måneder i stedet for år. Dette ville i høj grad reducere de vigtigste risici forbundet med missioner til Mars, herunder strålingseksponering, tid brugt i mikrogravitation og relaterede sundhedsproblemer.
Ud over kraftværker er der forslag til nye reaktordesigner, der vil give en stabil strømforsyning til langvarige jordmissioner, hvor sol- og vindkraft ikke altid er tilgængelig.
Eksempler omfatter NASAs Kilowatt Reactor Using Sterling Technology (KRUSTY) og Fission/Fusion Hybrid Reactor udvalgt til NASAs første udviklingsfase under NAIC 2023-programmet. Disse og andre nukleare teknologier kan en dag muliggøre bemandede missioner til Mars og andre steder i det dybe rum , måske hurtigere end vi tror!
Også interessant: