NASA genstarter program for nukleare termiske raketter

I sin udøvelse af missioner, der vil tage os tilbage til månen, til Mars, og videre, NASA har udforsket en række næste generations fremdriftskoncepter. Mens eksisterende koncepter har deres fordele – kemiske raketter har høj energitæthed og ionmotorer er meget brændstofeffektive – afhænger vores håb for fremtiden af, at vi finder alternativer, der kombinerer effektivitet og kraft.

Til denne ende, forskere ved NASAs Marshall Space Flight Center søger igen at udvikle nukleare raketter. Som en del af NASAs Game Changing Development Program, Nuclear Thermal Propulsion (NTP)-projektet ville se skabelsen af ​​højeffektive rumfartøjer, der ville være i stand til at bruge mindre brændstof til at levere tung nyttelast til fjerne planeter, og på relativt kort tid.

Som Sonny Mitchell, projektet af NTP-projektet ved NASAs Marshall Space Flight Center, sagde i en nylig NASA pressemeddelelse:

"Når vi skubber ud i solsystemet, Nuklear fremdrift kan tilbyde den eneste virkelig levedygtige teknologiske mulighed for at udvide menneskelig rækkevidde til Mars overflade og til verdener udenfor. Vi er glade for at arbejde på teknologier, der kan åbne dybt rum for menneskelig udforskning."

For at se dette igennem, NASA har indgået et partnerskab med BWX Technologies (BWXT), en Virginia-baseret energi- og teknologivirksomhed, der er en førende leverandør af nukleare komponenter og brændstof til den amerikanske regering. For at hjælpe NASA med at udvikle de nødvendige reaktorer, der vil understøtte mulige fremtidige bemandede missioner til Mars, selskabets datterselskab (BWXT Nuclear Energy, Inc.) blev tildelt en tre-årig kontrakt til en værdi af $18,8 millioner.

I løbet af disse tre år, hvor de vil arbejde med NASA, BWXT vil levere de tekniske og programmatiske data, der er nødvendige for at implementere NTP-teknologi. Dette vil bestå i, at de fremstiller og tester prototypebrændstofelementer og hjælper NASA med at løse eventuelle nukleare licenser og lovkrav. BWXT vil også hjælpe NASA-planlæggere med at løse problemerne med gennemførlighed og overkommelig pris med deres NTP-program.

Som Rex D. Geveden, BWXTs præsident og administrerende direktør, sagde om aftalen:

"BWXT er ekstremt glad for at arbejde sammen med NASA på dette spændende nukleare rumprogram til støtte for Mars-missionen. Vi er unikt kvalificerede til at designe, udvikle og fremstille reaktoren og brændstoffet til et atomdrevet rumfartøj. Dette er et passende tidspunkt til at dreje vores kapacitet ind på rummarkedet, hvor vi ser langsigtede vækstmuligheder inden for nuklear fremdrift og nuklear overfladekraft."

I en NTP-raket, uran- eller deuteriumreaktioner bruges til at opvarme flydende brint inde i en reaktor, omdanne det til ioniseret brintgas (plasma), som derefter kanaliseres gennem en raketdyse for at generere tryk. En anden mulig metode, kendt som Nuclear Electric Propulsion (NEC), involverer den samme grundlæggende reaktor omdannede sin varme og energi til elektrisk energi, som derefter driver en elektrisk motor.

I begge tilfælde raketten er afhængig af nuklear fission for at generere fremdrift i stedet for kemiske drivmidler, som har været grundpillen i NASA og alle andre rumorganisationer til dato. Sammenlignet med denne traditionelle form for fremdrift, begge typer nukleare motorer byder på en række fordele. Den første og mest åbenlyse er den praktisk talt ubegrænsede energitæthed, den tilbyder sammenlignet med raketbrændstof.

Dette ville reducere den samlede mængde drivmiddel, der er nødvendig, dermed reducere affyringsvægten og omkostningerne ved individuelle missioner. En kraftigere atommotor ville betyde reducerede turtider. Allerede, NASA har estimeret, at et NTP-system kunne gøre rejsen til Mars til fire måneder i stedet for seks, hvilket ville reducere mængden af ​​stråling, som astronauterne ville blive udsat for i løbet af deres rejse.

For at være fair, konceptet med at bruge nukleare raketter til at udforske universet er ikke nyt. Faktisk, NASA har undersøgt muligheden for nuklear fremdrift grundigt under Space Nuclear Propulsion Office. Faktisk, mellem 1959 og 1972, SNPO udførte 23 reaktorforsøg ved Nuclear Rocket Development Station på AEC's Nevada Test Site, i Jackass Flats, Nevada.

I 1963, SNPO skabte også programmet Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA) for at udvikle nuklear-termisk fremdrift til langdistancebemandede missioner til månen og det interplanetariske rum. Dette førte til skabelsen af ​​NRX/XE, en nuklear-termisk motor, som SNPO certificerede som at have opfyldt kravene til en bemandet mission til Mars.

Sovjetunionen udførte lignende undersøgelser i 1960'erne, i håb om at bruge dem på de øverste stadier af deres N-1 raket. På trods af disse anstrengelser, ingen nukleare raketter er nogensinde kommet i drift, på grund af en kombination af budgetnedskæringer, tab af offentlig interesse, og en generel afvikling af rumkapløbet efter Apollo-programmet var afsluttet.

Men i betragtning af den nuværende interesse for rumudforskning, og ambitiøs mission foreslået til Mars og videre, det ser ud til, at nukleare raketter endelig kan se tjeneste. En populær idé, der overvejes, er en flertrinsraket, der ville være afhængig af både en atommotor og konventionelle thrustere - et koncept kendt som et "bimodalt rumfartøj". En stor fortaler for denne idé er Dr. Michael G. Houts fra NASA Marshall Space Flight Center.

I 2014 Dr. Houts conducted a presentation outlining how bimodal rockets (and other nuclear concepts) represented "game-changing technologies for space exploration". Som et eksempel, he explained how the Space Launch System (SLS) – a key technology in NASA's proposed crewed mission to Mars – could be equipped with chemical rocket in the lower stage and a nuclear-thermal engine on the upper stage.

I denne opsætning, the nuclear engine would remain "cold" until the rocket had achieved orbit, at which point the upper stage would be deployed and the reactor would be activated to generate thrust. Other examples cited in the report include long-range satellites that could explore the outer solar system and Kuiper Belt and fast, efficient transportation for manned missions throughout the solar system.

The company's new contract is expected to run through Sept. 30th, 2019. At that time, the Nuclear Thermal Propulsion project will determine the feasibility of using low-enriched uranium fuel. After that, the project then will spend a year testing and refining its ability to manufacture the necessary fuel elements. Hvis alt går godt, we can expect that NASA's "Journey to Mars" might just incorporate some nuclear engines.