Mēs dzīvojam atjaunotas kosmosa izpētes laikmetā, kurā daudzas aģentūras plāno nosūtīt astronautus Mēness nākamajos gados. Nākamajā desmitgadē tam sekos pilotētas misijas uz Marss NASA un Ķīna, kurām drīzumā var pievienoties citas valstis.
Šīm un citām misijām, kas astronautus aizvedīs tālāk par zemo Zemes orbītu (LEO) un Zemes-Mēness sistēmu, ir vajadzīgas jaunas tehnoloģijas, sākot no dzīvības atbalsta un radiācijas aizsardzības līdz enerģijai un dzinējspēkam.
Un, kad runa ir par pēdējo, Kodoltermiskā un kodolelektriskā dzinējspēks (NTP/NEP) ir labākais konkurents!
NASA un padomju kosmosa programma pavadīja gadu desmitus, pētot kodolpiedziņu kosmosa sacensību laikā.
Pirms dažiem gadiem NASA gadā atkārtoti aizsāka savu kodolprogrammu Lai izstrādātu bimodālo kodolpiedziņu — divdaļīgu sistēmu, kas sastāv no NTP un NEP komponenta —, kas varētu ļaut šķērsot Marss 100 dienās.
kā daļa no Uzlabotas novatoriskas NASA koncepcijas (NIAC) 2023. gadam NASA izvēlējās kodolkoncepciju pirmā posma izstrādei. Šajā jaunajā klasē tiek izmantota bimodāla kodolpiedziņas sistēmaVertigo viļņu cikla papildināšanaTas varētu samazināt tranzīta laiku uz Marsu tikai līdz 45 dienām.
Priekšlikums ir tiesīgsDivkāršā režīma NTP/NEP ar rotācijas viļņu cikla papildināšanuRaiens Džoss, Floridas Universitātes Hipersonikas programmas apgabala vadītājs un Floridas Universitātes loceklis Floridas lietišķie pētījumi inženierzinātnēs FLARE komanda.
Gosse priekšlikums ir viens no 14, ko NAIC šogad izvēlējās 1. fāzes izstrādei, kas ietver USD 12 500 dotāciju, lai palīdzētu uzlabot izmantotās tehnoloģijas un metodes. Citi priekšlikumi ir ietvēruši novatoriskus sensorus, instrumentus, ražošanas tehnoloģijas, energosistēmas un daudz ko citu.
border frame=”0″allow=”akselerometrs; automātiskā palaišana; Rakstīt starpliktuvē. ar žiroskopu kodēti mediji; attēls attēlā; koplietošana tīmeklī “allowfullscreen>”.
Kodolpiedziņa būtībā ir saistīta ar diviem jēdzieniem, kuri abi ir balstīti uz stingri pārbaudītām un apstiprinātām tehnoloģijām.
Kodoltermiskajai dzinējspēkam (NTP) cikls sastāv no kodolreaktora šķidrā ūdeņraža (LH2) uzsildīšanas, pārvēršot to jonizētā ūdeņraža gāzē (plazmā), kas pēc tam tiek izvadīta caur sprauslām, lai radītu vilci.
Ir veikti vairāki mēģinājumi izveidot šīs piedziņas sistēmas testu, t.sk rover projektsASVF un Atomenerģijas komisijas (AEC) sadarbība, kas tika uzsākta 1955.
1959. gadā NASA pārņēma no ASV gaisa spēkiem, un programma iegāja jaunā fāzē, kas veltīta kosmosa lidojumu lietojumiem. Tas galu galā noveda pie Kodoldzinējs raķešu transportlīdzekļiem (Nerva), veiksmīgi pārbaudīts cietais kodolreaktors.
Līdz ar Apollo Era slēgšanu 1973. gadā programmas finansējums tika dramatiski samazināts, kā rezultātā tā tika atcelta, pirms varēja notikt lidojuma izmēģinājumi. Tikmēr padomju vara izstrādāja savu NTP koncepciju (RD-0410) no 1965. līdz 1980. gadam un veica vienu zemes pārbaudi pirms programmas atcelšanas.
No otras puses, kodolenerģijas elektriskā piedziņa (NEP) paļaujas uz kodolreaktoru, lai piegādātu elektroenerģiju Zāles efekta motīvs (jonu dzinējs), kas ģenerē elektromagnētisko lauku, kas jonizē un paātrina inertu gāzi (piemēram, ksenonu), lai radītu vilci. Mēģinājumi izstrādāt šo tehnoloģiju ietver NASA Kodolsistēmu iniciatīva (INS) Prometeja projekts (2003–2005).
Abām sistēmām ir ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar parasto ķīmisko piedziņu, tostarp augstāks īpatnējās piedziņas (Isp) novērtējums, degvielas efektivitāte un praktiski neierobežots enerģijas blīvums.
Lai gan NEP koncepcijām ir vairāk nekā 10 000 ISp ietaupījumu, kas nozīmē, ka tie var uzturēt vilces spēku gandrīz trīs stundas, vilces līmenis ir ļoti zems salīdzinājumā ar parastajām un NTP raķetēm.
Nepieciešamība pēc elektroenerģijas avota rada arī jautājumu par siltuma izvadīšanu kosmosā, saka Gosse – ideālos apstākļos siltumenerģijas pārveide ir no 30 līdz 40 procentiem.
Un, lai gan NTP NERVA modeļi ir vēlamā metode pilotētajām misijām uz Marsu un ārpus tās, šai metodei ir arī problēmas ar pietiekamu sākotnējās un galīgās masas daļu nodrošināšanu augstas delta-v misijām.
Tāpēc priekšroka tiek dota priekšlikumiem, kas ietver abus maksājumu veidus (bimodālo), jo tie apvienos abu priekšrocības. Goses priekšlikums paredz bimodālu dizainu, kas balstīts uz cieto kodolu NERVA reaktoru, kas nodrošinātu norādīto impulsu (Isp) 900 sekunžu garumā, kas ir divreiz lielāks par pašreizējo ķīmisko raķešu veiktspēju.
Ierosinātajā Gosse ciklā ir iekļauts arī spiediena viļņu kompresors jeb Wave Rotor (WR) – tehnoloģija, ko izmanto iekšdedzes dzinējos, kas izmanto spiediena viļņus, ko rada atgriezeniskā saite ar ieplūdes gaisa spiedienu.
Savienojot ar NTP dzinēju, WR izmanto spiedienu, ko rada reaktora uzsildīšana LH2 degvielai, lai tālāk saspiestu reakcijas masu. Kā solīja Gosse, tas nodrošinās vilces līmeņus, kas līdzīgi NERVA klases NTP koncepcijai, bet ar ISP 1400–2000. Apvienojot to ar NEP ciklu, Viņš teica Gosse, push līmeņi ir vēl vairāk uzlaboti:
“Apvienojumā ar NEP ciklu ISp darba ciklu (1800-4000 sekundes) var palielināt, minimāli pievienojot sauso masu. Šis divrežīmu dizains nodrošina ātru pārsūtīšanu pilotējamām misijām (45 dienas uz Marsu) un rada revolūciju dziļajā kosmosā. mūsu Saules sistēmas izpēte”.
Pamatojoties uz parasto piedziņas tehnoloģiju, pilotēta misija uz Marsu varētu ilgt līdz trim gadiem. Šīs misijas tiks uzsāktas ik pēc 26 mēnešiem, kad Zeme un Marss atrodas tuvākajā punktā (aka Marsa opozīcija), un tranzītā pavadīs vismaz sešus līdz deviņus mēnešus.
45 dienu (sešas ar pusi nedēļas) tranzīts samazinātu kopējo uzdevuma laiku līdz mēnešiem, nevis gadiem. Tas ievērojami samazinātu galvenos riskus, kas saistīti ar misijām uz Marsu, tostarp radiācijas iedarbību, mikrogravitācijā pavadīto laiku un ar to saistītās veselības problēmas.
Papildus dzinējspēkam ir priekšlikumi par jauniem reaktoru projektiem, kas nodrošinātu stabilu enerģijas avotu ilgstošām virszemes misijām, kur saules un vēja enerģija ne vienmēr ir pieejama.
Piemēri ietver NASA Kilopower reaktors, izmantojot Sterling tehnoloģiju (KRUSTY) f Hibrīds skaldīšanas/sintēzes reaktors Tas ir izvēlēts pirmajam izstrādes posmam NASA NAIC 2023 atlasē.
Šie un citi kodolenerģijas pielietojumi kādu dienu varētu nodrošināt pilotējamas misijas uz Marsu un citām vietām dziļā kosmosā, iespējams, ātrāk, nekā mēs domājam!
Šo rakstu sākotnēji publicēja Visums šodien. Lasīt Sākotnējais raksts.
