Новый план ядерной ракеты НАСА направлен на то, чтобы добраться до Марса всего за 45 дней

Новый план ядерной ракеты НАСА направлен на то, чтобы добраться до Марса всего за 45 дней Concept art of the Bimodal Nuclear Thermal Rocket.

Мы живем в эпоху возобновления исследования космоса, когда несколько агентств планируют отправить астронавтов на Луну в ближайшие годы. В следующем десятилетии за этим последуют пилотируемые миссии на Марс НАСА и Китая, к которым вскоре могут присоединиться другие страны.

Эти и другие миссии, которые выведут астронавтов за пределы низкой околоземной орбиты (НОО). и система Земля-Луна требуют новых технологий, начиная от жизнеобеспечения и радиационной защиты и заканчивая энергией и двигателем. главный претендент!

НАСА и советская космическая программа потратили десятилетия на исследования ядерных двигателей во время космической гонки.

Несколько лет назад НАСА возобновило свою ядерную программу с целью разработки бимодальных ядерных двигателей. двигатель — система, состоящая из двух частей, состоящая из элементов NTP и NEP, — которая может обеспечить переход на Марс за 100 дней.

Схема, показывающая части новой ракеты.
Новый класс бимодальных NTP/NEP с циклом посадки волнового ротора, обеспечивающим быстрый переход на Марс. (Райан Госсе)

В рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) на 2023 год НАСА выбрало ядерную концепцию для первого этапа разработки. Этот новый класс бимодальной ядерной двигательной установки использует «цикл приведения в движение волнового ротора» и может сократить время полета до Марса всего до 45 дней.

Предложение под названием «Бимодальный NTP/NEP с циклом приведения в движение волнового ротора ,» было выдвинуто профессором Райаном Госсе, руководителем программы по гиперзвуку в Университете Флориды и членом команды Флоридских прикладных исследований в области инженерии (FLARE).

Предложение Госсе является одним из 14 выбранных NAIC в этом году для этапа I разработки, который включает грант в размере 12 500 долларов США для помощи в совершенствовании используемых технологий и методов. Другие предложения включали инновационные датчики, инструменты, технологии производства, энергетические системы и многое другое.

Ядерный двигатель по существу сводится к двум концепциям, каждая из которых основана на технологиях, которые были тщательно протестированы и проверены.

Для ядерно-тепловой двигательной установки (NTP) цикл состоит из ядерного реактора, который нагревает топливо в виде жидкого водорода (LH2) и превращает его в ионизированный газообразный водород (плазму), который затем направляется через сопла для создания тяги.

Было предпринято несколько попыток испытать эту силовую установку, включая Project Rover, совместный проект ВВС США и Комиссии по атомной энергии (AEC), запущенный в 1955 году.

In В 1959 году НАСА сменило ВВС США, и программа вступила в новую фазу, посвященную космическим полетам. Это в конечном итоге привело к созданию ядерного двигателя для ракетных транспортных средств (NERVA), твердотопливного ядерного реактора, который был успешно испытан.

С закрытием эры Аполлона в 1973 году финансирование программы резко сократилось. что привело к его отмене до того, как можно было провести какие-либо летные испытания. Между тем, в период с 1965 по 1980 год Советы разработали свою собственную концепцию НТП (РД-0410) и провели одно наземное испытание до отмены программы.

Ядерно-электрическая двигательная установка (НЭП), с другой стороны, полагается на на ядерном реакторе, чтобы обеспечить электричеством двигатель на эффекте Холла (ионный двигатель), который генерирует электромагнитное поле, которое ионизирует и ускоряет инертный газ (например, ксенон) для создания тяги. Попытки разработать эту технологию включают проект Prometheus в рамках Инициативы ядерных систем НАСА (NSI) (2003–2005 гг.).

Обе системы имеют значительные преимущества по сравнению с обычными химическими двигателями, включая более высокий показатель удельного импульса (Isp), эффективность использования топлива. , и практически неограниченная плотность энергии.

Хотя концепции NEP отличаются тем, что обеспечивают более 10 000 секунд Isp, что означает, что они могут поддерживать тягу в течение почти трех часов, уровень тяги довольно низкий по сравнению с обычными ракетами и NTP.

Потребность в источнике электроэнергии, говорит Госсе, также поднимает вопрос отвода тепла в космосе, где преобразование тепловой энергии в идеальных условиях составляет 30-40 процентов.

И хотя конструкции NTP NERVA являются предпочтительным методом для полетов с экипажем на Марс и далее, этот метод также имеет проблемы с обеспечением адекватных начальных и конечных массовых долей для миссий с высоким дельта-v.

Вот почему предложения, которые включают оба методы движения (бимодальные) предпочтительнее, так как они будут сочетать в себе преимущества обоих. Предложение Госсе предусматривает бимодальную конструкцию на основе реактора NERVA с твердой активной зоной, которая будет обеспечивать удельный импульс (Isp) в 900 секунд, что вдвое превышает текущие характеристики химических ракет.

Предложенный Госсе цикл также включает волну давления. нагнетатель — или волновой ротор (WR) — технология, используемая в двигателях внутреннего сгорания, которая использует волны давления, возникающие в результате реакции на сжатие всасываемого воздуха.

В сочетании с двигателем NTP, WR будет использовать давление, создаваемое нагрев в реакторе топлива LH2 для дальнейшего сжатия реакционной массы. Как обещает Госсе, это обеспечит уровни тяги, сравнимые с концепцией NTP класса NERVA, но с Isp 1400-2000 секунд. По словам Госсе, в сочетании с циклом NEP уровни тяги увеличиваются еще больше:

«В сочетании с циклом NEP рабочий цикл Isp может быть дополнительно увеличен (1800–4000 секунд) с минимальным добавление сухой массы. Эта бимодальная конструкция обеспечивает быстрый переход для пилотируемых миссий (45 дней до Марса) и революционизирует исследование дальнего космоса нашей Солнечной системы».

Основанный на традиционной двигательной технологии, миссия с экипажем на Марс может длиться до трех лет. Эти миссии будут запускаться каждые 26 месяцев, когда Земля и Марс находятся на максимальном расстоянии друг от друга (так называемое противостояние Марса), и будут проводить в пути от шести до девяти месяцев.

Транзит 45 дней (шесть и полторы недели) сократит общее время миссии до месяцев, а не лет. Это значительно снизит основные риски, связанные с полетами на Марс, включая радиационное облучение, время, проведенное в условиях микрогравитации, и связанные с этим проблемы со здоровьем.

Помимо двигателей, есть предложения по новым конструкциям реакторов, которые обеспечат стабильный источник питания для длительных наземных миссий, где солнечная и ветровая энергия не всегда доступны.

Примеры включают киломощный реактор НАСА с использованием технологии Sterling Technology (KRUSTY) и гибридный ядерно-термоядерный реактор, выбранный для первого этапа разработки. по выбору NASA NAIC 2023.

Эти и другие ядерные приложения могут когда-нибудь позволить пилотируемым полетам на Марс и в другие места в глубоком космосе, возможно, раньше, чем мы думаем!

Эта статья был первоначально опубликован Universe Today. Прочтите исходную статью.

logo