Sistemul solar este un loc cu adevărat mare și este nevoie pentru totdeauna de a călători din lume în lume cu rachete chimice tradiționale. Dar o tehnică, dezvoltată în anii '60, ar putea oferi o modalitate de a scurta dramatic timpul călătoriilor noastre: rachetele nucleare.
Desigur, lansarea unei rachete alimentată de material radioactiv are și propriile riscuri. Ar trebui să încercăm?
Să spunem că ai vrut să vizitezi Marte folosind o rachetă chimică. Te-ai opri de pe Pământ și ai merge pe orbita Pământului joasă. Apoi, la momentul potrivit, îți aruncai racheta, ridicându-ți orbita de la Soare. Noua traiectorie eliptică pe care o urmărești se intersectează cu Marte după opt luni de zbor.
Acesta este cunoscut sub numele de transfer Hohmann și este cel mai eficient mod în care știm să călătorim în spațiu, folosind cea mai mică cantitate de propulsor și cea mai mare cantitate de sarcină. Problema, desigur, este timpul necesar. Pe parcursul călătoriei, astronauții vor consuma alimente, apă, aer și vor fi expuși radiațiilor pe termen lung ale spațiului profund. Apoi, o misiune de întoarcere dublează nevoia de resurse și dublează sarcina de radiații.
Trebuie să mergem mai repede.
Se pare că NASA se gândește la ce urmează după rachetele chimice de aproape 50 de ani.
Rachete termice nucleare. Cu siguranță accelerează călătoria, dar nu sunt fără propriile riscuri, motiv pentru care nu le-ați văzut. Dar poate că timpul lor este aici.
În 1961, NASA și Comisia de Energie Atomică au lucrat împreună la ideea de propulsie termică nucleară sau NTP. Aceasta a fost pionieră de Werner von Braun, care spera că misiunile umane vor zbura pe Marte în anii '80, pe aripile rachetelor nucleare.
Ei bine, asta nu s-a întâmplat. Dar au efectuat câteva teste de succes ale propulsiei termice nucleare și au demonstrat că funcționează.
În timp ce o rachetă chimică funcționează prin aprinderea unui fel de substanță chimică inflamabilă și apoi forțarea gazelor de evacuare dintr-o duză. Datorită celei de-a treia legi bune a lui Newton, știți, pentru fiecare acțiune care are loc o reacție egală și opusă, racheta primește o presiune în direcția opusă din partea gazelor expulzate.
O rachetă nucleară funcționează într-un mod similar. O bilă de marmură de combustibil Uraniu suferă procesul de fisiune, eliberând o cantitate extraordinară de căldură. Aceasta încălzește un hidrogen la aproape 2.500 C, care este apoi expulzat în spatele rachetei cu viteză mare. Viteză foarte mare, oferind rachetei de două până la trei ori eficiența de propulsie a unei rachete chimice.
Vă amintiți de cele 8 luni de care am menționat pentru o rachetă chimică? O rachetă termică nucleară ar putea reduce timpul de tranzit la jumătate, poate chiar excursii de 100 de zile pe Marte. Ceea ce înseamnă mai puține resurse consumate de astronauți și o încărcare mai mică de radiații.
Și există un alt mare beneficiu. Aruncarea unei rachete nucleare ar putea permite misiunilor să meargă atunci când Pământul și Marte nu sunt perfect aliniate. În momentul de față, dacă vă lipsește fereastra, trebuie să așteptați încă 2 ani, dar o rachetă nucleară v-ar putea oferi forța de a face față întârzierilor de zbor.
Primele teste ale rachetelor nucleare au început în 1955 cu Project Rover la Laboratorul științific Los Alamos. Dezvoltarea cheie a fost miniaturizarea suficientă a reactoarelor pentru a le putea pune pe o rachetă. În următorii câțiva ani, inginerii au construit și testat mai mult de o duzină de reactoare de diferite dimensiuni și puteri.
Odată cu succesul proiectului Rover, NASA și-a stabilit obiectivele asupra misiunilor umane pe Marte, care urmau să aterizeze Apollo pe Lună. Din cauza distanței și a timpului de zbor, au decis că rachetele nucleare vor fi cheia pentru a face misiunile mai capabile.
Rachete nucleare nu sunt fără riscuri, desigur. Un reactor la bord ar fi o sursă mică de radiații pentru echipajul astronautului de la bord, ceea ce ar fi depășit de scăderea timpului de zbor. Spațiul adânc în sine este un pericol de radiație enorm, radiația cosmică constantă galaxică dăunând ADN-ului astronautului.
La sfârșitul anilor 1960, NASA a înființat programul Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application, sau NERVA, dezvoltând tehnologiile care ar deveni rachetele nucleare care ar duce oamenii pe Marte.
Au testat rachete nucleare mai mari și mai puternice, în deșertul Nevada, evacuând gazul cu hidrogen de mare viteză chiar în atmosferă. Legile de mediu erau mult mai puțin stricte atunci.
Primul NERVA NRX a fost testat în cele din urmă timp de aproape două ore, cu 28 de minute la putere maximă. Și un al doilea motor a fost pornit de 28 de ori și a funcționat timp de 115 minute.
Până la sfârșit, au testat cel mai puternic reactor nuclear construit vreodată, reactorul Phoebus-2A, capabil să genereze 4.000 de megawati de putere. Aruncarea timp de 12 minute.
Deși diferitele componente nu au fost niciodată asamblate într-o rachetă pregătită pentru zbor, inginerii au fost convinși că o rachetă nucleară ar satisface nevoile unui zbor către Marte.
Dar atunci, SUA au decis că nu mai dorește să meargă pe Marte. Au vrut în schimb naveta spațială.
Programul a fost închis în 1973 și nimeni nu a testat rachete nucleare de atunci.
Însă progresele recente ale tehnologiei au făcut ca propulsia termică nucleară să fie mai atrăgătoare. În anii ’60, singura sursă de combustibil pe care au putut-o folosi era uraniul puternic îmbogățit. Însă acum inginerii cred că se pot descurca cu uraniu slab îmbogățit.
Acest lucru ar fi mai sigur pentru a lucra și ar permite mai multe instalații de rachetă să ruleze teste. De asemenea, ar fi mai ușor să captați particulele radioactive în evacuare și să le eliminați în mod corespunzător. Aceasta ar reduce costurile generale ale lucrării cu tehnologia.
Pe 22 mai 2019, Congresul SUA a aprobat finanțare pentru 125 de milioane de dolari pentru dezvoltarea rachetelor de propulsie termică nucleară. Deși acest program nu are niciun rol de jucat în reîntoarcerea Artemis 2024 de la NASA pe Lună, acesta - cită - „invită NASA să elaboreze un plan multianual care să permită o demonstrație de propulsie termică nucleară, inclusiv cronologia asociată cu demonstrația spațială. și o descriere a misiunilor viitoare, a sistemelor de propulsie și de alimentare activate de această capacitate. "
Fisiunea nucleară este o modalitate de a valorifica puterea atomului. Desigur, necesită uraniu îmbogățit și generează deșeuri radioactive toxice. Ce zici de fuziune? Unde atomii de hidrogen sunt stoarse în heliu, eliberând energie?
Soarele a contopit fuziunea, datorită masei sale enorme și temperaturii de bază, dar fuziunea durabilă și pozitivă a energiei a fost evazantă de noi pentru oameni.
Experimente uriașe precum ITER în Europa speră să susțină energia de fuziune în următorul deceniu. După aceea, vă puteți imagina reactoarele de fuziune miniaturizate până la punctul în care pot îndeplini același rol ca un reactor de fisiune într-o rachetă nucleară. Dar, chiar dacă nu puteți obține reactoare de fuziune până la punctul de a avea energie netă pozitivă, acestea pot oferi totuși o accelerație extraordinară pentru cantitatea de masă.
Și poate nu trebuie să așteptăm zeci de ani. Un grup de cercetare de la Princeton Plasma Physics Laboratory lucrează la un concept numit Direct Fusion Drive, care cred că ar putea fi gata mult mai devreme.
Se bazează pe reactorul de fuziune Princeton Field-Reversed Configuration, dezvoltat în 2002 de Samuel Cohen. Plasma fierbinte de heliu-3 și deuteriu sunt conținute într-un recipient magnetic. Helium-3 este rar pe Pământ și este valoros, deoarece reacțiile de fuziune cu acesta nu vor genera aceeași cantitate de radiații periculoase sau deșeuri nucleare ca alte reactoare de fuziune sau fisiune.
La fel ca în cazul rachetei de fisiune, o rachetă de fuziune încălzește un propulsor la temperaturi ridicate și apoi o aruncă în spate, producând o tracțiune.
Funcționează prin alinierea unui grup de magneți liniari care conțin și rotesc plasma foarte fierbinte. Antenele din jurul plasmei sunt reglate la frecvența specifică a ionilor și creează un curent în plasmă. Energia lor este pompată până în punctul în care atomii fuzionează, eliberând noi particule. Aceste particule rătăcesc prin câmpul de izolare până sunt captate de liniile câmpului magnetic și se accelerează în spatele rachetei.
În teorie, o rachetă de fuziune ar fi capabilă să ofere 2,5 până la 5 tone de tracțiune pe megavat, cu un impuls specific de 10.000 de secunde - amintiți-vă 850 de rachetele de fisiune și 450 de rachetele chimice. De asemenea, ar genera energie electrică necesară navei spațiale departe de Soare, unde panourile solare nu sunt foarte eficiente.
O unitate de fuziune directă ar fi capabilă să ducă o misiune de 10 tone la Saturn în doar 2 ani sau o navă spațială de 1 tonă de pe Pământ la Pluton în aproximativ 4 ani. Noile Orizonturi aveau nevoie de aproape 10.
Deoarece este, de asemenea, un reactor de fuziune de 1 megavat, acesta va furniza, de asemenea, energie pentru toate instrumentele navei spațiale la sosire. Mult mai mult decât bateriile nucleare purtate în prezent de misiuni spațiale profunde precum Voyager și New Horizons.
Imaginează-ți ce tipuri de misiuni interstelare ar putea fi pe masă și cu această tehnologie.
Și Princeton Satellite Systems nu este singurul grup care lucrează la sisteme ca acesta. Sistemele de fuziune aplicate au solicitat un brevet pentru un motor cu fuziune nucleară, care ar putea furniza tracțiune navelor spațiale.
Știu că au trecut zeci de ani de când NASA a testat serios rachetele nucleare ca o modalitate de a scurta timpul de zbor, dar se pare că tehnologia este înapoi. În următorii câțiva ani mă aștept să văd hardware nou și teste noi ale sistemelor nucleare de propulsie termică. Și sunt incredibil de entuziasmat de posibilitatea ca unitățile de fuziune să ne ducă în alte lumi. Ca întotdeauna, rămâi la curent, îți voi anunța când zboară de fapt unul.
