Новый план ядерной ракеты НАСА направлен на достижение Марса всего за 45 дней: ScienceAlert

Мы живем в эпоху возобновления освоения космоса, когда многие агентства планируют отправлять астронавтов. Луна в ближайшие годы. За этим в следующем десятилетии последуют пилотируемые полеты на Марс NASA и Китай, к которым вскоре могут присоединиться и другие страны.

Эти и другие миссии, которые выведут астронавтов за пределы низкой околоземной орбиты (НОО) и системы Земля-Луна, требуют новых технологий, начиная от жизнеобеспечения и радиационной защиты и заканчивая энергетикой и двигательной установкой.

И когда дело доходит до последнего, Ядерные и ядерные термоэлектрические двигатели (НТП/НЭП) лучший конкурент!

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

Несколько лет назад НАСА возобновил свою ядерную программу В целях разработки бимодальной ядерной двигательной установки — системы, состоящей из двух частей, состоящей из элементов NTP и NEP, — которая могла бы обеспечить переход в Марс за 100 дней.

как часть Передовые инновационные концепции НАСА (NIAC) на 2023 год НАСА выбрало ядерную концепцию для разработки первого этапа. Этот новый класс бимодальной ядерной двигательной установки использует «Вершина цикла волны головокруженияИ это может сократить время в пути до Марса всего до 45 дней.

Предложение имеет правоДвойной режим NTP/NEP с верхним циклом вращающейся волны», профессор Райан Госс, региональный руководитель программы гиперзвука в Университете Флориды и член Университета Флориды. Прикладные исследования Флориды в области инженерии Команда ФЛЭР.

Предложение Госсе является одним из 14, выбранных NAIC в этом году для разработки Фазы 1, которая включает грант в размере 12 500 долларов США для помощи в совершенствовании используемых технологий и методов. Другие предложения включают датчики, инструменты, производственные технологии, инновационные системы питания и многое другое.

граница кадра = «0» разрешить = «акселерометр; автоматический старт; Буфер обмена записи. носители, закодированные с помощью гироскопа; картинка в картинке; веб-обмен «allowfullscreen>».

Ядерный двигатель по существу сводится к двум концепциям, каждая из которых основана на тщательно проверенных и проверенных технологиях.

Для ядерных тепловых двигателей (NTP) цикл состоит из топлива, нагревающего жидкий водород (LH2) ядерного реактора, превращая его в ионизированный газообразный водород (плазму), который затем направляется через сопла для создания тяги.

Было предпринято несколько попыток построить испытание этой двигательной установки, в т.ч. проект марсоходасовместная работа ВВС США и Комиссии по атомной энергии (AEC), начатая в 1955 году.

В 1959 году НАСА взяло на себя миссию ВВС США, и программа вступила в новую фазу, посвященную космическим полетам. Это в конечном итоге привело к Ядерный двигатель для ракетной техники (Нерва), успешно испытанный твердотопливный ядерный реактор.

С закрытием эры Аполлона в 1973 году финансирование программы резко сократилось, что привело к ее отмене до того, как можно было провести какие-либо летные испытания. Тем временем Советы разработали собственную концепцию НТП (РД-0410) в период с 1965 по 1980 год и провел одно наземное испытание, прежде чем программа была отменена.

С другой стороны, ядерная электрическая двигательная установка (НЭП) полагается на ядерный реактор для снабжения электричеством мотив эффекта холла (ионный двигатель), который генерирует электромагнитное поле, которое ионизирует и ускоряет инертный газ (например, ксенон) для создания тяги. Попытки развития этой технологии включают НАСА Инициатива ядерных систем (INS) Проект «Прометей» (с 2003 по 2005 год).

Обе системы имеют значительные преимущества по сравнению с обычным химическим двигателем, в том числе более высокую удельную мощность (Isp), эффективность использования топлива и практически неограниченную плотность энергии.

В то время как концепции NEP имеют то преимущество, что обеспечивают более 10 000 секунд ISp, что означает, что они могут поддерживать тягу в течение почти трех часов, уровень тяги очень низок по сравнению с обычными ракетами и ракетами NTP.

По словам Госсе, потребность в источнике электроэнергии также поднимает вопрос об отводе тепла в космос — преобразование тепловой энергии в идеальных условиях составляет от 30 до 40 процентов.

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

Вот почему предпочтительны предложения, включающие оба способа оплаты (бимодальные), потому что они будут сочетать в себе преимущества обоих. Предложение Госсе призывает к бимодальной конструкции на основе реактора NERVA с твердой активной зоной, который будет обеспечивать указанный импульс (Isp) в 900 секунд, что вдвое превышает текущие характеристики химических ракет.

Предложенный Госсе цикл также включает в себя нагнетатель с волной давления — или волновой ротор (WR) — технологию, используемую в двигателях внутреннего сгорания, которая использует волны давления, генерируемые обратной связью с давлением всасываемого воздуха.

В паре с двигателем NTP WR использует давление, создаваемое реактором, нагревающим топливо LH2, для дальнейшего сжатия реакционной массы. Как обещает Госсе, это обеспечит уровни тяги, аналогичные тем, которые используются в концепции NTP класса NERVA, но с ISP 1400–2000 с. В сочетании с циклом НЭП Он сказал Госсе, уровни толчка дополнительно улучшены:

«В сочетании с циклом NEP рабочий цикл ISp (1800-4000 секунд) может быть увеличен с минимальным добавлением сухой массы. Эта двухрежимная конструкция обеспечивает быстрый переход для пилотируемых миссий (45 дней на Марс) и революционизирует дальний космос. исследование нашей Солнечной системы».

На основе обычной двигательной техники пилотируемый полет на Марс может длиться до трех лет. Эти миссии будут запускаться каждые 26 месяцев, когда Земля и Марс находятся в точке сближения (так называемая оппозиция Марса), и будут проводить в пути не менее шести-девяти месяцев.

45-дневный (шесть с половиной недель) транзит сократит общее время выполнения задачи 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.

В дополнение к силовой установке есть предложения по новым конструкциям реакторов, которые обеспечат стабильный источник энергии для длительных наземных миссий, где солнечная и ветровая энергия не всегда доступны.

Примеры включают НАСА Реактор килоэнергии по технологии Sterling (КРАСТИ) ф Гибридный ядерный / термоядерный реактор Он был выбран для первого этапа разработки в ходе отбора NASA NAIC 2023.

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

Эта статья была первоначально опубликована Вселенная сегодня. Читать Оригинальная статья.