NASA opracuje rakietę o napędzie atomowym, która poleci na Marsa w zaledwie 45 dni!

Ten silnik o napędzie atomowym pozwoli Ci podróżować szybciej niż kiedykolwiek wcześniej!

Po projekcie Artemis, którego celem jest powrót człowieka na Księżyc, NASA kontynuuje prace nad silnikiem jądrowym. Aby ten projekt szybciej dotarł na Marsa, amerykańska agencja kosmiczna nawiązała współpracę z Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), oddziałem Pentagonu odpowiedzialnym za badania i rozwój nowych technologii wojskowych.

To nie pierwszy raz, kiedy NASA zapuściła się w silnik o napędzie atomowym. Ponad 60 lat temu, dokładnie w 1959 roku, Amerykańska Agencja Kosmiczna rozpoczęła badania, których efektem była budowa jądrowego silnika cieplnego o nazwie nerw. W tamtym czasie silnik ten miał być w stanie faktycznie wyposażyć statek kosmiczny w celu wysłania załóg na Marsa. Polegał on na bardzo dużej prędkości wyrzutu wodoru ogrzewanego przez reaktor jądrowy. Pomimo przekonujących testów naziemnych, projekt został porzucony ze względu na konieczność cięcia kosztów po kosztownych misjach Apollo.

W porównaniu z dzisiejszymi konwencjonalnymi silnikami rakietowymi silniki jądrowe mają tę zaletę, że mogą działać wydajniej i przez dłuższy czas, co pozwala na szybsze podróże kosmiczne. Obecnie technologie napędowe stosowane w silnikach rakietowych mogą pozwolić na dotarcie na Marsa w co najmniej 6 miesięcy. Dla załogi na pokładzie groziło to fizycznym i psychicznym obciążeniem, nie mówiąc już o masie paliwa, którą trzeba było przewieźć, którą oszacowano na 33 tony!

>> Do przeczytania także: Misja Artemis 1: Flawless do kapsuły Oriona, która miękko ląduje na Oceanie Spokojnym

Dwa rodzaje silników jądrowych

Napęd chemiczny to obecny tryb napędu stosowany w silnikach rakietowych. W tego typu napędach środek utleniający zmieszany z palnym paliwem wywołuje chemiczną reakcję utleniania-redukcji, w wyniku której powstaje gaz. Jest to masa gazu wytworzonego w wyniku reakcji, która jest wyrzucana z dyszy z bardzo dużą prędkością i która generuje ciąg umożliwiający wystartowanie rakiety. Utleniacz i paliwo tworzą propelenty, a ich mieszanina nazywana jest propelentem. Na przykład w przypadku pliku Rakieta Ariane 5propelentem jest ciekły tlen i ciekły wodór, a propelentem jest mieszanina tlenu i wodoru.

W przypadku napędu jądrowego istnieją dwa główne typy silników jądrowych, które można wykorzystać do napędzania statków kosmicznych i pocisków: jądrowe reaktory z napędem elektrycznym (NEP) i jądrowe reaktory z napędem termicznym (NTP). NEP działają głównie poprzez wytwarzanie energii elektrycznej, która usuwa elektrony z atomów gazów rzadkich, takich jak ksenon lub krypton. Powstałe jony są następnie przyspieszane przez pole elektromagnetyczne i wyrzucane z wirnika jako wiązka jonów generujących ciąg. NTP wykorzystują ciepło z rozszczepienia jądrowego do ogrzewania ciekłego wodoru lub amoniaku. Materiał ten następnie zamienia się w gaz i rozszerza się, zwiększając ciśnienie przechodzące przez dyszę, wytwarzając ciąg.

>> Do przeczytania także: Pierwszy jodowo-elektryczny układ napędowy został pomyślnie przetestowany w kosmosie

Zalety napędu jądrowego w dotarciu na Marsa

Aby dotrzeć na Marsa w 45 dni, inżynierowie NASA badają technologię podwójnego trybu napędu jądrowego, która łączy jądrowy napęd elektryczny z jądrowym napędem termicznym, aby wykorzystać zalety obu metod.

W przeciwieństwie do konwencjonalnego napędu chemicznego, napęd jądrowy, czy to CIP, czy NTP, zapewnia większy impuls właściwy, a także znacznie lepszą efektywność energetyczną. L’konkretny motyw Isp oznacza czas, w którym masa 1 kg paliwa wytwarza siłę ciągu 9,81 niutona. Wyrażana jest w sekundach. Im wyższy puls, tym bardziej silnik będzie kontynuował ciąg w czasie.

Napęd termojądrowy może wytworzyć specyficzny impuls o długości 900 sekund, czyli około dwa razy więcej niż impuls wytwarzany przez silniki z napędem chemicznym. Jeśli chodzi o elektryczny napęd jądrowy, może on dostarczyć impuls właściwy o długości 10 000 sekund, co umożliwia utrzymanie ciągu przez bardzo długi czas (3 godziny).

Łącząc dwie technologie związane z wirnikiem falowym, naukowcy będą w stanie zapewnić silnikowi rakietowemu ciąg zbliżony do jądrowego napędu termicznego (NTP) z ISP od 1400 do 2000 sekund oraz jądrowy ciąg elektryczny z ISP od 1800 do 4000 sekundy. Wirnik falowy umożliwiłby wykorzystanie ciśnienia wytwarzanego przez ogrzewanie ciekłego wodoru do jeszcze większego sprężenia go, a tym samym zwiększenia ciągu.

Docelowo ten binarny silnik NTP/NEP o napędzie atomowym będzie co najmniej trzy razy bardziej wydajny niż konwencjonalne silniki rakietowe i skróci czas podróży na Marsa z 6 do 1,5 miesiąca.

>> Do przeczytania także: Przestrzeń kosmiczna: Napęd przyszłych bombowców będzie hybrydowy

Źródło :

Ryan Goss, „Nowa klasa diod NTP/NEP z cyklem wznoszenia fali obrotowej umożliwia szybki tranzyt na Marsa”, Uniwersytet Florydy9 stycznia 2023 r https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2023/New_Class_of_Bimodal/