vivimos en Una era de exploración espacial renovada, ya que muchas agencias planean enviar astronautas a la Luna en los próximos años. Esto será seguido en la próxima década con Crew misiones a marte por la NASA y China, a quienes pueden unirse otros países en poco tiempo. Estas y otras misiones que llevarán a los astronautas más allá de la órbita terrestre baja (LEO) y el sistema Tierra-Luna requieren nuevos tecnicas, que van desde el soporte vital y la protección radiológica hasta la energía y la propulsión. Y cuando se trata de esto último, Propulsión nuclear y nuclear termoeléctrica (NTP/NEP) es el mejor competidor.
La carrera al espacio
NASA y ex programa espacial sovietico Pasó décadas investigando la propulsión nuclear durante la carrera espacial. Hace unos años, la NASA reactivó su programa nuclear Con el fin de desarrollar la propulsión nuclear bimodal, un sistema de dos partes que consta de un elemento NTP y NEP, que podría permitir el paso a Marte en 100 días. como parte de Conceptos innovadores avanzados de la NASA (NIAC) para 2023, la NASA seleccionó un concepto nuclear para el desarrollo de la primera etapa. Esta nueva clase de sistema de propulsión nuclear bimodal utiliza «Cobertura del ciclo de ondas de vértigoY podría reducir los tiempos de tránsito a Marte a solo 45 días.
La propuesta se titulaModo dual NTP/NEP con topping de ciclo de onda rotatoria«,» ryan gossPresidente de Área del Programa Hipersónico de la Universidad de Florida y miembro de la Universidad de Florida Investigación Aplicada de Florida en Ingeniería Equipo FLARE. La propuesta de Gosse es una de las 14 seleccionadas por NAIC este año para el desarrollo de la Fase 1, que incluye una subvención de $12,500 para ayudar a madurar la tecnología y los métodos utilizados. Otras propuestas han incluido sensores, herramientas, tecnologías de fabricación, sistemas de energía innovadores y más.
Cómo funciona – La propulsión nuclear se reduce esencialmente a dos conceptos, ambos basados en tecnologías rigurosamente probadas y validadas. Para la propulsión termonuclear nuclear (NTP), el ciclo consiste en un reactor nuclear que calienta hidrógeno líquido (LH2) propulsor, convirtiéndolo en gas de hidrógeno ionizado (plasma) que luego se dirige a través de las boquillas para generar empuje. Se han realizado varios intentos para construir una prueba de este sistema de propulsión, incluido proyecto móvilun esfuerzo de colaboración entre la USAF y la Comisión de Energía Atómica (AEC) lanzado en 1955.
Una nueva era de la energía nuclear
En 1959, la NASA se hizo cargo de la misión de la USAF y el programa entró en una nueva fase dedicada a las aplicaciones de vuelos espaciales. Esto eventualmente llevó a Motor nuclear para aplicaciones de vehículos de misiles. (Nerva), que es un reactor nuclear sólido probado con éxito. Con el cierre de la Era Apolo en 1973, los fondos para el programa se redujeron drásticamente, lo que llevó a su cancelación antes de que pudieran realizarse pruebas de vuelo. Mientras tanto, los soviéticos desarrollaron su propio concepto NTP (RD-0410) entre 1965 y 1980 y realizó una prueba en tierra antes de que se cancelara el programa.
Por otro lado, la Propulsión Eléctrica Nuclear (NEP) depende de un reactor nuclear para suministrar electricidad a Motivo de efecto Hall (motor de iones), que genera un campo electromagnético que ioniza y acelera un gas inerte (como el xenón) para crear empuje. Los intentos de desarrollar esta tecnología incluyen a la NASA Iniciativa de sistemas nucleares (INS) El Proyecto Prometeo (2003 a 2005). Ambos sistemas tienen ventajas significativas sobre la propulsión química convencional, incluida una clasificación de propulsión específica (Isp) más alta, eficiencia de combustible y densidad de energía prácticamente ilimitada.
Si bien NEP Concepts tiene la ventaja de ahorrar más de 10 000 segundos de Is, lo que significa que pueden mantener el empuje durante casi tres horas, el nivel de empuje es muy bajo en comparación con los misiles convencionales y NTP. La necesidad de una fuente de energía eléctrica también plantea el problema de la expulsión de calor al espacio, dice Goss: la conversión de energía térmica oscila entre el 30 y el 40 por ciento en condiciones ideales. Y aunque los diseños de NTP NERVA son el método preferido para las misiones tripuladas a Marte y más allá, este método también tiene problemas para proporcionar fracciones de masa inicial y final suficientes para misiones de alta delta-v.
Es por esto que se prefieren las propuestas que incluyan ambos métodos de pago (bimodal), ya que combinarán las ventajas de ambos. La propuesta de Gosse exige un diseño binario basado en un reactor NERVA de núcleo sólido que proporcionaría un impulso específico (Is) 900 segundos, el doble del rendimiento actual de los cohetes químicos. El ciclo Gosse propuesto también incluye un sobrealimentador de ondas de presión, o Wave Rotor, una tecnología utilizada en los motores de combustión interna que aprovecha las ondas de presión creadas por la retroalimentación a la presión del aire de admisión.
Cuando se combina con un motor NTP, el Wave Rotor utiliza la presión generada por el calentamiento del reactor del LH2 combustible para comprimir aún más la masa de reacción. Como prometió Gosse, esto proporcionará niveles de empuje similares a los del concepto NTP de clase NERVA pero con un Is 1400-2000 seg. Cuando se combina con un ciclo NEP, Él dijo Gosse, los niveles de empuje se han mejorado aún más:
«En combinación con NEP, el ciclo de trabajo ISp (1800-4000 segundos) se puede aumentar con una adición mínima de masa seca. Este diseño bimodal permite un tránsito rápido para misiones tripuladas (45 días a Marte) y revoluciona la exploración del espacio profundo de nuestro sistema solar .”
Próxima parada: Marte
Basada en la tecnología de propulsión convencional, una misión tripulada a Marte podría durar hasta tres años. Estas misiones se lanzarán cada 26 meses cuando la Tierra y Marte estén en su punto más cercano (también conocido como la oposición de Marte) y pasarán al menos de seis a nueve meses en tránsito. Un tránsito de 45 días (seis semanas y media) reduciría el tiempo total de la tarea a meses en lugar de años. Esto reduciría en gran medida los principales riesgos asociados con las misiones a Marte, incluida la exposición a la radiación, el tiempo que se pasa en microgravedad y los problemas de salud relacionados.
Además de la propulsión, hay propuestas para nuevos diseños de reactores que proporcionarían una fuente de energía estable para misiones de superficie de larga duración donde la energía solar y eólica no siempre están disponibles. Los ejemplos incluyen la NASA Reactor Kilopower con tecnología Sterling (KRUSTY) f Reactor híbrido de fisión/fusión Ha sido seleccionado para la primera fase de desarrollo por la selección NAIC 2023 de la NASA. Estas y otras aplicaciones nucleares podrían algún día permitir misiones tripuladas a Marte y otros lugares en el espacio profundo, ¡quizás antes de lo que pensamos!
Este artículo fue publicado originalmente el universo hoy por Matt Williams. Leer el El artículo original está aquí.