Žijeme v ére obnoveného prieskumu vesmíru, kde mnohé agentúry plánujú vyslať astronautov Mesiac V najbližších rokoch. V nasledujúcom desaťročí budú nasledovať misie s posádkou. planéta Mars NASA a Čína, ku ktorým sa možno čoskoro pridajú ďalšie krajiny.
Tieto a ďalšie misie, ktoré dostanú astronautov na nízku obežnú dráhu Zeme (LEO) a za systém Zem-Mesiac, si vyžadujú nové technológie od podpory života a ochrany pred žiarením až po energiu a pohon.
A keď príde na to druhé, jadrový tepelný a jadrový elektrický pohon (NTP/NEP) je najlepším uchádzačom!
NASA a sovietsky vesmírny program strávili desaťročia výskumom jadrového pohonu počas vesmírnych pretekov.
Pred pár rokmi NASA obnovila svoj jadrový program S cieľom vyvinúť bimodálny jadrový pohon – dvojdielny systém pozostávajúci z prvku NTP a NEP – ktorý by mohol umožniť tranzit Mars za 100 dní,
ako súčasť Inovatívne pokročilé koncepty NASA (NIAC) program na rok 2023, NASA vybrala jadrový koncept pre fázu I vývoja. Táto nová trieda bimodálneho jadrového pohonného systému „používa“vlnový cyklus topenia rotora„A mohol by skrátiť čas prechodu na Mars len na 45 dní.
ponuka, titulBimodálny NTP/NEP s cyklom topenia vlnitým rotorom,“ predstavil prof. Ryan Gosse, vedúci oblasti hypersonického programu na Floridskej univerzite a člen Florida aplikovaný výskum v inžinierstve (flair) Tím.
Gosseho návrh je jedným zo 14 vybraných NAIC tento rok pre fázu I vývoja, ktorá zahŕňa grant vo výške 12 500 USD na pomoc pri dozrievaní technológie a metód. Ďalšie návrhy zahŕňali inovatívne senzory, nástroje, výrobné techniky, energetické systémy a ďalšie.
frameborder = „0“ povolenie = „akcelerometer; automatické prehrávanie; písanie do schránky; šifrované médiá; gyroskop; obraz v obraze; zdieľanie na webe“ umožňujú zobrazenie na celú obrazovku>
Jadrový pohon sa v podstate skladá z dvoch konceptov, z ktorých oba sa spoliehajú na technológie, ktoré boli dôkladne testované a overené.
V prípade jadrovo-tepelného pohonu (NTP) cyklus pozostáva z jadrového reaktora, ktorý ohrieva kvapalný vodík (LH2) hnacím plynom a mení ho na plynný ionizovaný vodík (plazmu), ktorý potom cirkuluje cez trysku, aby sa vytvoril ťah.
Bolo vykonaných niekoľko pokusov otestovať tento pohonný systém, vrátane projektový roverSpoločné úsilie medzi americkým letectvom a Komisiou pre atómovú energiu (AEC), ktoré sa začalo v roku 1955.
V roku 1959 NASA prevzala vedenie od USAF a program vstúpil do novej fázy venovanej aplikáciám vesmírnych letov. to nakoniec viedlo k Jadrový motor pre použitie v raketových vozidlách (NERVA), jadrový reaktor s pevným jadrom, ktorý bol úspešne testovaný.
S koncom éry Apollo v roku 1973 sa financovanie programu drasticky znížilo, čo viedlo k jeho zrušeniu skôr, ako sa mohli uskutočniť akékoľvek letové testy. Medzitým Sovietsky zväz vyvinul svoj vlastný koncept NTP (RD-0410) vykonal jediný pozemný test v rokoch 1965 až 1980 a predtým, ako bol program zrušený.
Jadrový elektrický pohon (NEP) sa na druhej strane spolieha na jadrový reaktor, ktorý poskytuje energiu. raketa s hallovým efektom (iónový motor), ktorý generuje elektromagnetické pole, ktoré ionizuje a urýchľuje inertný plyn (napríklad xenón) na generovanie ťahu. Na vývoji tejto technológie sa podieľa aj NASA. iniciatíva jadrových systémov (NSI) Projekt Prometheus (2003 až 2005).
Oba systémy majú oproti konvenčnému chemickému pohonu značné výhody, vrátane vysokých hodnôt špecifického impulzu (Isp), palivovej účinnosti a prakticky neobmedzenej hustoty energie.
Zatiaľ čo koncepty NEP sú známe tým, že poskytujú ISP viac ako 10 000 sekúnd, čo znamená, že dokážu udržať ťah takmer tri hodiny, úrovne ťahu sú výrazne nižšie ako bežné rakety a NTP.
Gosse hovorí, že potreba zdroja elektrickej energie tiež nastoľuje problém odvádzania tepla vo vesmíre – kde je premena tepelnej energie za ideálnych podmienok 30-40 percent.
A zatiaľ čo dizajn NTP NERVA je preferovanou metódou pre misie s posádkou na Mars a ďalej, metóda má tiež problémy s poskytovaním dostatočných počiatočných a konečných hmotnostných frakcií pre misie s vysokým delta-v.
To je dôvod, prečo sú uprednostňované návrhy, ktoré zahŕňajú oba spôsoby pohonu (bimodálne), pretože spájajú výhody oboch. Gosseho návrh požaduje bimodálny dizajn založený na reaktore NERVA s pevným jadrom, ktorý by poskytoval špecifický impulz (ISP) 900 sekúnd, čo je dvojnásobok súčasného výkonu chemických rakiet.
Gosse navrhovaný cyklus zahŕňa aj kompresor s tlakovou vlnou – alebo vlnový rotor (WR) – technológiu používanú v spaľovacích motoroch, ktorá využíva tlakové vlny generované reakciami na stlačenie nasávaného vzduchu.
V kombinácii s motorom NTP WR využije tlak vytvorený zahrievaním paliva LH2 v reaktore na ďalšie zníženie reakčnej hmoty. Ako sľúbil Gosse, bude poskytovať úrovne ťahu porovnateľné s konceptom NTP triedy NERVA, ale s ISP 1400-2000 sekúnd. V kombinácii s cyklom NEP, Povedal Hus, úroveň ťahu sa ešte zvýši:
„V spojení s cyklom NEP možno pracovný cyklus ISP zvýšiť (1 800 – 4 000 s) s minimálnym pridaním suchej hmoty. Tento bimodálny dizajn umožňuje rýchly tranzit pre misie s ľudskou posádkou (45 dní na Mars) vytvára a revolúciu prináša náš prieskum hlbokého vesmíru. slnečná sústava.“
Na základe konvenčnej technológie pohonu môže misia s posádkou na Mars trvať až tri roky. Tieto misie sa budú spúšťať každých 26 mesiacov, keď budú Zem a Mars najbližšie (známa ako opozícia Marsu) a strávia najmenej šesť až deväť mesiacov tranzitom.
Tranzit v dĺžke 45 dní (šesť a pol týždňa) by skrátil celkový čas misie na mesiace namiesto rokov. To by podstatne znížilo hlavné riziká spojené s misiou na Mars, vrátane vystavenia žiareniu, času stráveného v mikrogravitácii a súvisiacich zdravotných problémov.
Okrem pohonu existujú návrhy na nové konštrukcie reaktorov, ktoré by poskytovali stabilné napájanie pre dlhodobé povrchové misie, kde nie je vždy k dispozícii solárna a veterná energia.
Príklady zahŕňajú NASA Kilopower reaktor využívajúci Stirlingovu technológiu (chrumkavý) a hybridný štiepny/fúzny reaktor Vybrané pre vývoj fázy I výberom NAIC 2023 NASA.
Tieto a ďalšie jadrové aplikácie môžu jedného dňa umožniť misie s posádkou na Mars a iné miesta v hlbokom vesmíre, možno skôr, ako si myslíme!
Tento článok pôvodne publikoval vesmír dnes, Čítanie pôvodný článok,
