I sin jakt på oppdrag som vil ta oss tilbake til Månen, til Mars og utover, har NASA undersøkt en rekke neste generasjons fremdriftskonsepter. Mens eksisterende konsepter har sine fordeler - kjemiske raketter har høy energitetthet og ionemotorer er svært drivstoffeffektive - håper vi på fremtiden hengsler på oss å finne alternativer som kombinerer effektivitet og kraft.
For dette formål er forskere ved NASAs Marshall Space Flight Center nok en gang ute etter å utvikle atomraketter. Som en del av NASAs utviklingsprogram for endring av spill, ville Nuclear Thermal Propulsion (NTP) -prosjektet opprette et høyeffektivt romfartøy som vil kunne bruke mindre drivstoff til å levere tung nyttelast til fjerne planeter, og på relativt kort tid .
Som Sonny Mitchell, prosjektet til NTP-prosjektet ved NASAs Marshall Space Flight Center, sa det i en fersk pressemelding fra NASA:
"Når vi skyver ut i solsystemet, kan kjernefysisk fremdrift tilby det eneste virkelig levedyktige teknologiske alternativet for å utvide menneskelig rekkevidde til overflaten til Mars og til verdener utenfor. Vi er glade for å jobbe med teknologier som kan åpne for dype rom for menneskelig utforskning. "
For å se dette gjennom har NASA inngått et samarbeid med BWX Technologies (BWXT), et Virginia-basert energi- og teknologiselskap som er en ledende leverandør av kjernekomponenter og drivstoff til den amerikanske regjeringen. For å hjelpe NASA med å utvikle de nødvendige reaktorene som ville støtte mulige fremtidige besetningsoppdrag til Mars, ble selskapets datterselskap (BWXT Nuclear Energy, Inc.) tildelt en treårskontrakt til en verdi av 18,8 millioner dollar.
I løpet av disse tre årene de skal samarbeide med NASA, vil BWXT levere tekniske og programmatiske data som trengs for å implementere NTP-teknologi. Dette vil bestå av dem som produserer og tester prototype drivstoffelementer og hjelper NASA med å løse eventuelle kjernefysiske lisenser og myndighetskrav. BWXT vil også hjelpe NASA-planleggere med å ta opp spørsmålene om muligheten og rimelig med deres NTP-program.
Som Rex D. Geveden, BWXTs president og administrerende direktør, sa om avtalen:
“BWXT er svært fornøyd med å samarbeide med NASA om dette spennende atomromsprogrammet til støtte for Mars-oppdraget. Vi er unikt kvalifisert til å designe, utvikle og produsere reaktoren og drivstoffet til et atomdrevet romskip. Dette er en passende tid for å svinge kapasitetene våre i rommarkedet der vi ser langsiktige vekstmuligheter innen kjernefysisk fremdrift og atomkraftoverflate. ”
I en NTP-rakett brukes uran- eller deuteriumreaksjoner for å varme flytende hydrogen inne i en reaktor, og omdanne den til ionisert hydrogengass (plasma), som deretter kanaliseres gjennom en rakettdyse for å generere skyvekraft. En annen mulig metode, kjent som Nuclear Electric Propulsion (NEC), involverer den samme basiske reaktoren omgjort varme og energi til elektrisk energi som deretter driver en elektrisk motor.
I begge tilfeller er raketten avhengig av kjernefysisk fisjon for å generere fremdrift fremfor kjemiske drivmidler, som hittil har vært bærebjelken i NASA og alle andre romfartsorganer. Sammenlignet med denne tradisjonelle formen for fremdrift, gir begge typer kjernefysiske motorer en rekke fordeler. Den første og mest åpenbare er den tilnærmet ubegrensede energitettheten den tilbyr sammenlignet med rakettdrivstoff.
Dette vil redusere den totale mengden drivmiddel som trengs, og dermed kutte utskytingsvekten og kostnadene for individuelle oppdrag. En kraftigere kjernefysisk motor vil bety reduserte tripptider. Allerede har NASA estimert at et NTP-system kan gjøre seilasen til Mars til fire måneder i stedet for seks, noe som vil redusere mengden stråling astronautene vil bli utsatt for i løpet av reisen.
For å være rettferdig er konseptet å bruke atomraketter for å utforske universet ikke nytt. Faktisk har NASA undersøkt muligheten for kjernefysisk fremdrift omfattende under Space Nuclear Propulsion Office. Mellom 1959 og 1972 gjennomførte SNPO 23 reaktortester på Nuclear Rocket Development Station på AECs Nevada teststed, i Jackass Flats, Nevada.
I 1963 opprettet SNPO også Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA) -programmet for å utvikle kjernefysisk termisk fremdrift for langdistansert besetningsoppdrag til Månen og det interplanetiske rommet. Dette førte til etableringen av NRX / XE, en kjernefysisk termisk motor som SNPO sertifiserte for å ha oppfylt kravene til et besetningsoppdrag til Mars.
Sovjetunionen gjennomførte lignende studier i løpet av 1960-tallet, i håp om å bruke dem på de øvre etappene av deres N-1-rakett. Til tross for denne innsatsen, kom det aldri noen kjernefysiske raketter i drift på grunn av en kombinasjon av budsjettkutt, tap av allmenne interesser og en generell avvikling av Space Race etter at Apollo-programmet var fullført.
Men gitt den nåværende interessen for romutforskning og ambisiøst oppdrag foreslått til Mars og utover, ser det ut til at kjernefysiske raketter endelig kan se service. En populær idé som blir vurdert er en multistages rakett som vil stole på både en kjernefysisk motor og konvensjonelle thrustere - et konsept kjent som et "bimodalt romfartøy". En viktig talsmann for denne ideen er Dr. Michael G. Houts fra NASA Marshall Space Flight Center.
I 2014 gjennomførte Dr. Houts en presentasjon som beskrev hvordan bimodale raketter (og andre atomkonsepter) representerte "spillendrende teknologier for romutforskning". Som et eksempel forklarte han hvordan Space Launch System (SLS) - en nøkkelteknologi i NASAs foreslåtte besetningsoppdrag til Mars - kunne utstyres med kjemisk rakett i underetappen og en kjernefysisk termisk motor på øvre etappe.
I dette oppsettet ville kjernefysiske motoren forbli "kald" til raketten hadde oppnådd bane, på hvilket tidspunkt det øvre trinnet ville bli utplassert og reaktoren ville bli aktivert for å generere skyvekraft. Andre eksempler som er sitert i rapporten inkluderer langdistansesatellitter som kan utforske ytre solsystem og Kuiper Belt og rask, effektiv transport for bemannede oppdrag i hele solsystemet.
Selskapets nye kontrakt forventes å løpe gjennom 30. september 2019. På det tidspunktet vil Nuclear Thermal Propulsion-prosjektet bestemme muligheten for å bruke lite beriket uranbrensel. Etter det vil prosjektet deretter bruke et år på å teste og foredle sin evne til å produsere de nødvendige drivstoffelementene. Hvis alt går bra, kan vi forvente at NASAs "Journey to Mars" bare kan innlemme noen kjernefysiske motorer!
