تهدف خطة ناسا الصاروخية النووية الجديدة إلى الوصول إلى المريخ في 45 يومًا فقط: ScienceAlert

نحن نعيش في عصر استكشاف الفضاء المتجدد ، حيث تخطط العديد من الوكالات لإرسال رواد فضاء إليها القمر في السنوات المقبلة. وسيتبع ذلك في العقد القادم ببعثات مأهولة إلى كوكب المريخ من قبل وكالة ناسا والصين ، الذين قد تنضم إليهم دول أخرى قبل فترة طويلة.

هذه وغيرها من المهام التي ستأخذ رواد الفضاء إلى ما وراء المدار الأرضي المنخفض (LEO) ونظام الأرض والقمر تتطلب تقنيات جديدة ، تتراوح من دعم الحياة والوقاية من الإشعاع إلى الطاقة والدفع.

وعندما يتعلق الأمر بالأخير ، الدفع الكهربائي الحراري النووي والنووي (NTP / NEP) هو أفضل المنافسين!

أمضت وكالة ناسا وبرنامج الفضاء السوفيتي عقودًا في البحث عن الدفع النووي أثناء سباق الفضاء.

قبل بضع سنوات ، ناسا أعادت إشعال برنامجها النووي لغرض تطوير الدفع النووي ثنائي النسق – نظام من جزأين يتألف من عنصر NTP و NEP – يمكن أن يتيح العبور إلى المريخ في 100 يوم.

كجزء من مفاهيم ناسا المبتكرة المتقدمة (NIAC) لعام 2023 ، اختارت ناسا مفهومًا نوويًا لتطوير المرحلة الأولى. تستخدم هذه الفئة الجديدة من نظام الدفع النووي ثنائي الوسائطدورة الموجة الدوارة تتصدر“ويمكن أن تقلل أوقات العبور إلى المريخ إلى 45 يومًا فقط.

الاقتراح بعنوان “ثنائي الوضع NTP / NEP مع دورة موجة دوارة تتصدر، “من قبل البروفيسور رايان غوس ، رئيس منطقة برنامج Hypersonics في جامعة فلوريدا وعضو في فلوريدا للبحوث التطبيقية في الهندسة فريق (FLARE).

اقتراح Gosse هو واحد من 14 تم اختيارها من قبل NAIC هذا العام لتطوير المرحلة الأولى ، والتي تشمل منحة بقيمة 12،500 دولار أمريكي للمساعدة في إنضاج التكنولوجيا والأساليب المستخدمة. وشملت المقترحات الأخرى أجهزة الاستشعار المبتكرة ، والأدوات ، وتقنيات التصنيع ، وأنظمة الطاقة ، وأكثر من ذلك.

https://www.youtube.com/watch؟v=lc9KlJFX8Us إطار الحدود = “0 ″ allow =” مقياس التسارع ؛ تشغيل تلقائي؛ الكتابة الحافظة. الوسائط المشفرة جيروسكوب؛ صور في صور؛ مشاركة الويب “allowfullscreen>

ينخفض ​​الدفع النووي بشكل أساسي إلى مفهومين ، كلاهما يعتمد على التقنيات التي تم اختبارها بدقة والتحقق من صحتها.

بالنسبة للدفع الحراري النووي (NTP) ، تتكون الدورة من دافع تسخين سائل الهيدروجين (LH2) للمفاعل النووي ، وتحويله إلى غاز الهيدروجين المتأين (البلازما) الذي يتم توجيهه بعد ذلك عبر الفتحات لتوليد الدفع.

بذلت عدة محاولات لبناء اختبار لنظام الدفع هذا ، بما في ذلك مشروع روفر، جهد تعاوني بين القوات الجوية الأمريكية وهيئة الطاقة الذرية (AEC) التي تم إطلاقها في عام 1955.

في عام 1959 ، استلمت وكالة ناسا المسؤولية من القوات الجوية الأمريكية ، ودخل البرنامج مرحلة جديدة مخصصة لتطبيقات رحلات الفضاء. هذا أدى في النهاية إلى المحرك النووي لتطبيق المركبات الصاروخية (نيرفا) ، وهو مفاعل نووي صلب تم اختباره بنجاح.

مع إغلاق Apollo Era في عام 1973 ، تم تخفيض تمويل البرنامج بشكل كبير ، مما أدى إلى إلغائه قبل إجراء أي اختبارات طيران. وفي الوقت نفسه ، طور السوفييت مفهوم NTP الخاص بهم (RD-0410) بين عامي 1965 و 1980 وأجرى اختبارًا أرضيًا واحدًا قبل إلغاء البرنامج.

من ناحية أخرى ، يعتمد الدفع النووي الكهربائي (NEP) على مفاعل نووي لتزويد الكهرباء إلى دافع تأثير هول (محرك أيوني) ، والذي يولد مجالًا كهرومغناطيسيًا يؤين ويسرع غازًا خاملًا (مثل الزينون) لتكوين قوة دفع. محاولات تطوير هذه التكنولوجيا تشمل ناسا مبادرة النظم النووية (المعهد الوطني للإحصاء) مشروع بروميثيوس (2003 إلى 2005).

يتمتع كلا النظامين بمزايا كبيرة مقارنة بالدفع الكيميائي التقليدي ، بما في ذلك تصنيف الدفع النوعي الأعلى (Isp) ، وكفاءة الوقود ، وكثافة الطاقة غير المحدودة تقريبًا.

بينما تتميز مفاهيم NEP بتوفير أكثر من 10000 ثانية من ISp ، مما يعني أنها يمكن أن تحافظ على قوة الدفع لما يقرب من ثلاث ساعات ، فإن مستوى الدفع منخفض جدًا مقارنة بالصواريخ التقليدية و NTP.

يقول غوس إن الحاجة إلى مصدر طاقة كهربائية تثير أيضًا مسألة طرد الحرارة في الفضاء – حيث يتراوح تحويل الطاقة الحرارية بين 30 و 40 في المائة في ظل الظروف المثالية.

وعلى الرغم من أن تصميمات NTP NERVA هي الطريقة المفضلة للبعثات المأهولة إلى المريخ وما بعده ، فإن هذه الطريقة بها أيضًا مشكلات في توفير الكسور الكتلية الأولية والنهائية الكافية لمهام دلتا- v العالية.

هذا هو السبب في تفضيل المقترحات التي تتضمن كلاً من طرق الدفع (bimodal) ، لأنها ستجمع بين مزايا كليهما. يدعو اقتراح Gosse إلى تصميم ثنائي الشكل يعتمد على مفاعل NERVA ذو النواة الصلبة والذي من شأنه أن يوفر دفعة محددة (Isp) تبلغ 900 ثانية ، أي ضعف الأداء الحالي للصواريخ الكيميائية.

تتضمن دورة Gosse المقترحة أيضًا شاحنًا فائقًا لموجة الضغط – أو Wave Rotor (WR) – وهي تقنية تستخدم في محركات الاحتراق الداخلي التي تسخر موجات الضغط الناتجة عن ردود الفعل لضغط الهواء الداخل.

عند إقرانه بمحرك NTP ، يستخدم WR الضغط الناتج عن تسخين المفاعل لوقود LH2 لضغط كتلة التفاعل بشكل أكبر. كما وعد Gosse ، سيوفر هذا مستويات دفع مماثلة لتلك الخاصة بمفهوم NTP من فئة NERVA ولكن مع ISP من 1400-2000 ثانية. عندما يقترن بدورة NEP ، قال Gosse ، تم تحسين مستويات الدفع بشكل أكبر:

“بالاقتران مع دورة NEP ، يمكن زيادة دورة العمل ISp (1800-4000 ثانية) مع الحد الأدنى من إضافة الكتلة الجافة. يتيح هذا التصميم ثنائي الوضع النقل السريع للبعثات المأهولة (45 يومًا إلى المريخ) ويحدث ثورة في استكشاف الفضاء السحيق من نظامنا الشمسي “.

استنادًا إلى تقنية الدفع التقليدية ، يمكن أن تستمر مهمة مأهولة إلى المريخ لمدة تصل إلى ثلاث سنوات. ستطلق هذه المهمات كل 26 شهرًا عندما تكون الأرض والمريخ في أقرب نقطة لها (ويعرف أيضًا باسم معارضة المريخ) وستقضي ما لا يقل عن ستة إلى تسعة أشهر في العبور.

قد يؤدي العبور لمدة 45 يومًا (ستة أسابيع ونصف) إلى تقليل الوقت الإجمالي للمهمة إلى أشهر بدلاً من سنوات. هذا من شأنه أن يقلل بشكل كبير من المخاطر الرئيسية المرتبطة بالبعثات إلى المريخ ، بما في ذلك التعرض للإشعاع ، والوقت الذي يقضيه في الجاذبية الصغرى ، والمخاوف الصحية ذات الصلة.

بالإضافة إلى الدفع ، هناك مقترحات لتصميمات مفاعل جديدة من شأنها أن توفر مصدر طاقة ثابتًا للمهام السطحية طويلة الأمد حيث لا تتوفر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح دائمًا.

تشمل الأمثلة وكالة ناسا مفاعل كيلوباور باستخدام تقنية الاسترليني (KRUSTY) و مفاعل الانشطار / الاندماج الهجين تم اختياره للمرحلة الأولى من التطوير من خلال اختيار NAIC 2023 التابع لناسا.

يمكن لهذه التطبيقات النووية وغيرها من التطبيقات النووية أن تمكن يومًا ما من إرسال مهمات مأهولة إلى المريخ ومواقع أخرى في الفضاء السحيق ، ربما في وقت أقرب مما نعتقد!

تم نشر هذه المقالة في الأصل من قبل الكون اليوم. اقرأ المقال الأصلي.