 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
เราอยู่ในยุคของการสำรวจอวกาศที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ โดยหน่วยงานต่างๆ วางแผนที่จะส่งนักบินอวกาศไปยังดวงจันทร์ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ในทศวรรษหน้า NASA และจีนจะส่งทีมไปดาวอังคาร และประเทศอื่นๆ อาจเข้าร่วมในไม่ช้า ภารกิจเหล่านี้และภารกิจอื่นๆ ที่จะนำนักบินอวกาศออกนอกวงโคจรระดับต่ำของโลก (LOO) และระบบโลก-ดวงจันทร์นั้นต้องการเทคโนโลยีใหม่ๆ ตั้งแต่การช่วยชีวิตและการป้องกันรังสี ไปจนถึงพลังงานและแรงขับ และเมื่อพูดถึงอย่างหลัง Nuclear Thermal and Nuclear Electric Propulsion (NTP/NEP) คือคู่แข่งหลักเพื่อชัยชนะ!
ในโครงการ NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) ปี 2023 NASA ได้เลือกแนวคิดนิวเคลียร์สำหรับการพัฒนาระยะแรก โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ Bimodal ประเภทใหม่นี้ใช้ "วงจรคลื่นความเร่งของโรเตอร์" และสามารถลดเวลาการบินไปยังดาวอังคารเหลือ 45 วัน
ข้อเสนอนี้เรียกว่า Bimodal NTP/NEP พร้อม Wave Rotor Acceleration Cycle เสนอโดยศาสตราจารย์ Ryan Gosse ผู้อำนวยการโครงการไฮเปอร์โซนิกส์แห่งมหาวิทยาลัยฟลอริดา และเป็นสมาชิกของทีม Florida Program for Applied Research in Engineering (FLARE) ข้อเสนอของ Gosse เป็นหนึ่งใน 14 ข้อเสนอที่ได้รับเลือกจาก NAIC ในปีนี้สำหรับการพัฒนาระยะแรก ซึ่งรวมเงินสนับสนุน 12 ดอลลาร์เพื่อช่วยพัฒนาเทคโนโลยีและวิธีการที่เกี่ยวข้องกับโครงการ ข้อเสนออื่นๆ ได้แก่ เซ็นเซอร์นวัตกรรม เครื่องมือวัด เทคโนโลยีการผลิต ระบบไฟฟ้า และอื่นๆ
พลังงานนิวเคลียร์โดยพื้นฐานแล้วแบ่งออกเป็น 2 แนวคิด ซึ่งทั้งสองแนวคิดใช้เทคโนโลยีที่ได้รับการทดสอบและตรวจสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วน สำหรับ Nuclear Thermal Propulsion (NTP) วัฏจักรประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ให้ความร้อนกับไฮโดรเจนเหลว (LHXNUMX) และเปลี่ยนเป็นก๊าซไฮโดรเจนที่แตกตัวเป็นไอออน (พลาสมา) ซึ่งจะถูกส่งผ่านหัวฉีดเพื่อสร้างแรงขับ มีความพยายามหลายครั้งในการสร้างรุ่นทดสอบของระบบขับเคลื่อนนี้ รวมถึงโครงการนี้ด้วย แลนด์โรเวอร์โครงการร่วมระหว่างกองทัพอากาศสหรัฐและคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูที่เปิดตัวในปี 1955
ในปีพ.ศ. 1959 NASA รับช่วงต่อจากกองทัพอากาศสหรัฐ และโครงการนี้ได้เข้าสู่ระยะใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานในอวกาศโดยเฉพาะ สิ่งนี้นำไปสู่ระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์สำหรับยานพาหนะจรวด (NERVA) ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบแกนแข็งที่ได้รับการทดสอบสำเร็จ เมื่อสิ้นสุดยุคอะพอลโลในปี พ.ศ. 1973 เงินทุนสำหรับโครงการนี้ก็ถูกตัดลงอย่างมาก ซึ่งนำไปสู่การยกเลิกก่อนที่จะมีการทดสอบการบินใดๆ
ในทางกลับกัน ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้านิวเคลียร์ (NEP) อาศัยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อขับเคลื่อน Hall effect thruster (ion thruster) ที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แตกตัวเป็นไอออนและเร่งก๊าซเฉื่อย (เช่น ซีนอน) เพื่อสร้างแรงขับ ความพยายามในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้รวมถึงโครงการ Prometheus ของ NASA ภายใต้โครงการ Nuclear Systems Initiative (NSI)
ทั้งสองระบบมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือเครื่องยนต์เคมีแบบดั้งเดิม รวมถึงแรงกระตุ้นจำเพาะ (Isp) ที่สูงกว่า การประหยัดเชื้อเพลิง และความหนาแน่นของพลังงานที่ไม่จำกัด แม้ว่าแนวคิดจะแตกต่างกันตรงที่พวกมันให้แรงกระตุ้นที่เฉพาะเจาะจงมากกว่า 10 วินาที นั่นคือ พวกมันสามารถคงแรงขับไว้ได้เกือบสามชั่วโมง แต่ระดับของแรงขับค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับจรวดทั่วไปและ NTP
Gosse กล่าวว่าความต้องการแหล่งพลังงานไฟฟ้ายังก่อให้เกิดปัญหาการกระจายความร้อนในอวกาศ ซึ่งการแปลงพลังงานความร้อนอยู่ที่ 30-40% ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม และในขณะที่การออกแบบ NTP ของ NERVA เป็นวิธีที่ดีที่สุดสำหรับภารกิจส่งมนุษย์ไปยังดาวอังคารและที่อื่น ๆ วิธีนี้ยังมีปัญหาเกี่ยวกับการจัดเตรียมเศษส่วนมวลเริ่มต้นและมวลสุดท้ายที่เพียงพอสำหรับภารกิจที่มีคลื่นสูงเดลต้า
นี่คือเหตุผลว่าทำไมข้อเสนอที่มีทั้งสองวิธีในการเคลื่อนไหว (bimodal) จึงเป็นที่นิยมมากกว่า เนื่องจากเป็นการผสมผสานข้อดีของทั้งสองวิธีเข้าด้วยกัน ข้อเสนอของ Gosse เกี่ยวข้องกับการออกแบบ bimodal ตามเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิงแข็ง NERVA ซึ่งจะให้แรงกระตุ้นเฉพาะ (Isp) ที่ 900 วินาที ซึ่งเป็นสองเท่าของประสิทธิภาพของจรวดเคมีในปัจจุบัน
วัฏจักรที่เสนอของ Gosse ยังรวมถึงตัวเพิ่มแรงดันคลื่นหรือโรเตอร์คลื่น (WR) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้คลื่นแรงดันที่สร้างขึ้นโดยปฏิกิริยาการอัดของอากาศเข้า
เมื่อจับคู่กับเครื่องยนต์ NTP แล้ว WR จะใช้แรงดันที่เกิดจากการให้ความร้อนแก่เชื้อเพลิง LH2 ในเครื่องปฏิกรณ์เพื่อบีบอัดมวลปฏิกิริยาเพิ่มเติม ตามคำสัญญาของ Gosse สิ่งนี้จะให้ระดับแรงขับเทียบเท่ากับแนวคิด NTP ระดับ NERVA แต่มีเวลาเปิดตัว 1400-2000 วินาที เมื่อรวมกับวงจร NEP Gosse กล่าวว่า ระดับความอยากอาหารจะเพิ่มมากขึ้น
หากใช้เครื่องยนต์ธรรมดา ภารกิจส่งมนุษย์ไปยังดาวอังคารสามารถอยู่ได้นานถึงสามปี ภารกิจเหล่านี้จะเริ่มต้นทุกๆ 26 เดือนเมื่อโลกและดาวอังคารอยู่ในระยะที่ใกล้ที่สุด (เรียกว่าการต่อต้านของดาวอังคาร) และจะใช้เวลาอย่างน้อยหกถึงเก้าเดือนในการขนส่ง
การขนส่ง 45 วัน (หกสัปดาห์ครึ่ง) จะลดเวลาภารกิจทั้งหมดลงเป็นเดือนแทนที่จะเป็นปี สิ่งนี้จะช่วยลดความเสี่ยงหลักที่เกี่ยวข้องกับภารกิจไปยังดาวอังคารได้อย่างมาก รวมถึงการได้รับรังสี เวลาที่ใช้ในสภาวะไร้น้ำหนัก และปัญหาสุขภาพที่เกี่ยวข้อง
นอกจากโรงไฟฟ้าแล้ว ยังมีข้อเสนอสำหรับการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ที่จะจัดหาพลังงานไฟฟ้าที่เสถียรสำหรับภารกิจภาคพื้นดินที่มีระยะเวลายาวนาน ซึ่งไม่สามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมได้ตลอดเวลา
ตัวอย่าง ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์แบบกิโลวัตต์ของ NASA โดยใช้เทคโนโลยีสเตอร์ลิง (KRUSTY) และเครื่องปฏิกรณ์แบบฟิวชัน/ฟิวชั่นไฮบริดที่เลือกไว้สำหรับการพัฒนาระยะแรกของ NASA ภายใต้โครงการ NAIC 2023 วันหนึ่งเทคโนโลยีนิวเคลียร์เหล่านี้และเทคโนโลยีอื่นๆ , อาจจะเร็วกว่าที่เราคิด!
ที่น่าสนใจเช่นกัน: