W ramach misji, które zabiorą nas z powrotem na Księżyc, na Marsa i dalej, NASA badała szereg koncepcji napędu nowej generacji. Podczas gdy istniejące koncepcje mają swoje zalety - rakiety chemiczne mają wysoką gęstość energii, a silniki jonowe są bardzo energooszczędne - nasze nadzieje na przyszłość zależą od znalezienia alternatyw łączących wydajność i moc.
W tym celu naukowcy z NASA Marshall Space Flight Center po raz kolejny chcą opracować rakiety jądrowe. W ramach programu rozwoju gier NASA w projekcie Nuclear Thermal Propulsion (NTP) powstanie wysoce wydajny statek kosmiczny, który byłby w stanie zużywać mniej paliwa do dostarczania dużych ładunków na odległe planety, w stosunkowo krótkim czasie .
Jak powiedział Sonny Mitchell, projekt NTP w Marshall Space Flight Center NASA, w niedawnym oświadczeniu prasowym NASA:
„Gdy wkraczamy do Układu Słonecznego, napęd jądrowy może zaoferować jedyną naprawdę wykonalną opcję technologiczną, aby rozszerzyć zasięg ludzi na powierzchnię Marsa i na inne światy. Cieszymy się, że pracujemy nad technologiami, które mogą otworzyć przestrzeń kosmiczną na eksplorację ludzi ”.
Aby to sprawdzić, NASA nawiązała współpracę z BWX Technologies (BWXT), firmą energetyczną i technologiczną z Wirginii, która jest wiodącym dostawcą komponentów jądrowych i paliwa dla rządu USA. Aby pomóc NASA w opracowaniu niezbędnych reaktorów, które wspierałyby ewentualne przyszłe misje załogowe na Marsa, spółka zależna firmy (BWXT Nuclear Energy, Inc.) otrzymała trzyletni kontrakt o wartości 18,8 miliona dolarów.
W ciągu tych trzech lat, w których będą współpracować z NASA, BWXT dostarczy dane techniczne i programowe potrzebne do wdrożenia technologii NTP. Będzie to polegało na wytwarzaniu i testowaniu prototypowych elementów paliwowych oraz pomaganiu NASA w rozwiązywaniu wszelkich wymagań dotyczących licencji jądrowych i wymogów prawnych. BWXT pomoże również planistom NASA w rozwiązaniu problemów wykonalności i przystępnych cenowo dzięki ich programowi NTP.
Jak powiedział Rex D. Geveden, prezes i dyrektor generalny BWXT o umowie:
„BWXT jest niezmiernie zadowolony ze współpracy z NASA nad tym ekscytującym programem kosmicznym nuklearnym wspierającym misję Mars. Jesteśmy wyjątkowo wykwalifikowani w zakresie projektowania, rozwoju i produkcji reaktora i paliwa do statku kosmicznego z napędem jądrowym. Jest to właściwy czas, aby przestawić nasze możliwości na rynek kosmiczny, na którym widzimy długoterminowe możliwości wzrostu napędu jądrowego i jądrowej energii powierzchniowej. ”
W rakiecie NTP reakcje uranu lub deuteru są wykorzystywane do podgrzewania ciekłego wodoru wewnątrz reaktora, zamieniając go w zjonizowany gazowy wodór (plazmę), który jest następnie kierowany przez dyszę rakietową w celu wytworzenia ciągu. Drugi możliwy sposób, znany jako Nuclear Electric Propulsion (NEC), polega na tym, że ten sam podstawowy reaktor przekształcił swoje ciepło i energię w energię elektryczną, która następnie zasila silnik elektryczny.
W obu przypadkach rakieta opiera się na rozszczepieniu jądrowym w celu generowania napędu, a nie chemicznych pędników, co do tej pory było podstawą NASA i wszystkich innych agencji kosmicznych. W porównaniu z tą tradycyjną formą napędu oba typy silników jądrowych mają wiele zalet. Pierwszą i najbardziej oczywistą jest praktycznie nieograniczona gęstość energii, jaką oferuje w porównaniu do paliwa rakietowego.
Obniżyłoby to całkowitą ilość potrzebnego paliwa, a tym samym obniżyłoby wagę startową i koszt poszczególnych misji. Mocniejszy silnik jądrowy oznaczałby krótszy czas podróży. Już teraz NASA oszacowała, że system NTP może odbyć podróż na Marsa do czterech miesięcy zamiast sześciu, co zmniejszyłoby ilość promieniowania, na które narażeni byliby astronauci podczas podróży.
Szczerze mówiąc, koncepcja wykorzystania rakiet nuklearnych do eksploracji Wszechświata nie jest nowa. W rzeczywistości NASA badała możliwość napędu jądrowego w ramach Biura Nuklearnego Napędu Kosmicznego. W rzeczywistości, w latach 1959–1972, SNPO przeprowadziła 23 testy reaktorów w Nuclear Rocket Development Station w ośrodku testowym AEC w Nevadzie w Jackass Flats w stanie Nevada.
W 1963 r. SNPO stworzył również program Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA) w celu opracowania napędu jądrowo-termicznego dla misji załogi dalekiego zasięgu na Księżyc i przestrzeń międzyplanetarną. Doprowadziło to do powstania NRX / XE, silnika jądrowo-termicznego, który według certyfikatu SNPO spełnił wymagania misji załogowej na Marsa.
Związek Radziecki przeprowadził podobne badania w latach 60., mając nadzieję, że wykorzysta je na wyższych etapach swojej rakiety N-1. Mimo tych starań żadna rakieta nuklearna nie weszła do służby z powodu kombinacji cięć budżetowych, utraty zainteresowania publicznego i ogólnego zakończenia wyścigu kosmicznego po zakończeniu programu Apollo.
Ale biorąc pod uwagę obecne zainteresowanie eksploracją przestrzeni kosmicznej i ambitną misję zaproponowaną Marsowi i nie tylko, wydaje się, że rakiety nuklearne mogą w końcu znaleźć zastosowanie. Jednym z popularnych rozważanych pomysłów jest wielostopniowa rakieta, która polegałaby zarówno na silniku jądrowym, jak i konwencjonalnych silnikach odrzutowych - koncepcja znana jako „bimodalny statek kosmiczny”. Głównym propagatorem tego pomysłu jest dr Michael G. Houts z NASA Marshall Space Flight Center.
W 2014 r. Dr Houts przeprowadził prezentację przedstawiającą, w jaki sposób rakiety bimodalne (i inne koncepcje nuklearne) reprezentują „przełomowe technologie eksploracji kosmosu”. Jako przykład wyjaśnił, w jaki sposób Space Launch System (SLS) - kluczowa technologia w proponowanej misji NASA na Marsa - może być wyposażony w rakietę chemiczną na niższym stopniu i silnik jądrowo-termiczny na wyższym stopniu.
W tym układzie silnik jądrowy pozostawałby „zimny”, dopóki rakieta nie osiągnie orbity, w którym to momencie zostanie wdrożony górny stopień i reaktor zostanie uruchomiony w celu wytworzenia ciągu. Inne przykłady cytowane w raporcie obejmują satelity dalekiego zasięgu, które mogłyby badać Zewnętrzny Układ Słoneczny i Pas Kuipera oraz szybki, wydajny transport dla załogowych misji w całym Układzie Słonecznym.
Oczekuje się, że nowy kontrakt firmy będzie realizowany do 30 września 2019 r. W tym czasie projekt Nuclear Thermal Propulsion określi wykonalność zastosowania nisko wzbogaconego paliwa uranowego. Następnie projekt poświęci rok na testowanie i udoskonalanie zdolności do produkcji niezbędnych elementów paliwowych. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, możemy spodziewać się, że „Podróż na Marsa” NASA może po prostu zawierać silniki jądrowe!
