НАСА и советската вселенска програма поминаа децении истражувајќи го нуклеарниот погон за време на нивната вселенска трка.
Пред неколку години, НАСА ја рестартираше својата нуклеарна програма со цел да развие бимодален нуклеарен погон, односно систем од два дела кој се состои од нуклеарен термички и нуклеарен електричен погон (NTP/NEP), кој би можел да овозможи лет до Марс за 100 дена.
Како дел од програмата на НАСА за иновативни напредни концепти (NIAC) за 2023 година, НАСА избра нуклеарен концепт за првата фаза на развој.
Оваа нова класа на бимодален нуклеарен погонски систем го користи таканаречениот „Циклус на превртување на роторот со бранови“ и може да го намали времето на летот до Марс на само 45 дена.
Предлогот на овој концепт беше претставен од професорот Рајан Гос, раководител на програмската област за хиперсоника на Универзитетот во Флорида и член на тимот за применети истражувања во инженерството на Флорида (FLARE).
14 новоодобрени проекти
Сепак, за 2023 година, NIAC избра, покрај Gosse, вкупно 14 предлози за првата фаза на развој, што вклучува финансирање за да помогне во усовршувањето на технологијата и методите кои се вклучени.
Други предлози вклучуваат иновативни сензори, инструменти, производствени техники, електроенергетски системи и многу повеќе.
Нуклеарниот погон всушност се сведува на два концепта, од кои и двата се потпираат на технологии кои се темелно тестирани и потврдени.
Во нуклеарниот термички погон (NTP), циклусот се состои од нуклеарен реактор кој загрева течен водороден (LH2) погонско гориво, претворајќи го во јонизиран водороден гас (плазма), кој потоа се канализира низ прскалките за да создаде потисок.
Нуклеарно-електричниот погон (НЕП), од друга страна, се потпира на нуклеарен реактор за снабдување со електрична енергија на погонот со ефект на хала (јонски мотор), кој создава електромагнетно поле што јонизира и забрзува инертен гас (како што е ксенон) до создаде потисна сила.
Обидите за развој на оваа технологија го вклучуваат проектот Прометеј на иницијативата за нуклеарни системи (NSI) на НАСА (2003-2005).
Предности и недостатоци на нуклеарните централи
И двата од овие системи имаат значителни предности во однос на конвенционалниот хемиски погон, вклучувајќи повисоки оценки за специфични импулси (ISP), ефикасност на горивото и речиси неограничена густина на енергија.
Додека концептите на NEP се разликуваат по тоа што обезбедуваат повеќе од 10.000 секунди интернет провајдер, што значи дека можат да го задржат потисокот скоро три часа, нивото на потисок е прилично ниско во споредба со конвенционалните ракети и концептите NTP.
Потребата од извор на електрична енергија го покренува и прашањето за отфрлање на топлина во вселената, каде што конверзијата на топлинската енергија е 30-40 проценти, во идеални околности.
Со концептите NTP NERVA, постои проблем со обезбедување на соодветни почетни и крајни масени фракции за мисии со висока делта-v, т.е. големи промени во брзините.
Поради сето горенаведено, всушност се фаворизираат предлози кои ги вклучуваат двата методи на погон (бимодални системи), бидејќи тие би ги комбинирале предностите на двата системи.
Предлогот на Gosse повикува на бимодален дизајн заснован на реакторот со цврсто јадро NERVA, кој би испорачувал специфичен импулс (ISP) од 900 секунди, што е двојно повеќе од сегашните перформанси на хемиските ракети.
Концептот на Gosse
Предложениот циклус на Gosse вклучува и компресор со бранови под притисок или технологија Wave Rotor (WR), која се користи кај моторите со внатрешно согорување и користи бранови на притисок произведени од реакции за да се компресира влезниот воздух.
Спарен со NTP мотор, WR ќе го искористи притисокот создаден со загревање на течното водородно гориво во реакторот за дополнително да ја компресира реакционата маса. Ова ќе овозможи нивоа на потисок споредливи со оние од NTP концептот NERVA класа, но со интернет провајдер од 1400-2000 секунди. Заедно со циклусот НЕП, посочува Gosse, нивоата на тој притисок се зголемуваат уште повеќе.
Заедно со циклусот NEP, работниот циклус на интернет провајдерот може дополнително да се зголеми (1800-4000 секунди) со минимално додавање на сува маса. Овој бимодален дизајн овозможува брз транзит за мисии со екипаж (45 дена до Марс) и го револуционизира истражувањето подлабоко во Сончевиот систем, објаснува тој.
Поглед во иднината
Во случај на сегашна, конвенционална погонска технологија, мисијата на Марс со екипаж би можела да потрае до три години.
Ваквите мисии би биле лансирани на секои 26 месеци, односно кога Земјата и Марс се на најблиското растојание, а летот до Црвената планета би траел најмалку шест месеци.
Транзитот од 45 дена би го намалил вкупното време на мисијата на Марс од неколку години на неколку месеци.
Ова значително би ги намалило главните ризици поврзани со мисиите на Марс, вклучително и изложеноста на радијација, времето поминато во микрогравитација и придружните здравствени проблеми.
Но, освен погонот, постојат предлози за нови дизајни на реактори кои ќе обезбедат стабилно снабдување со енергија за долготрајни површински мисии на Марс, каде што соларната и ветерната енергија не се секогаш достапни.
Сè на сè, изгледите за мисии со екипаж длабоко во Сончевиот систем се чини дека се поблиски отколку што се мислеше.