 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
نحن نعيش في عصر استكشاف الفضاء المتجدد ، حيث تخطط العديد من الوكالات لإرسال رواد فضاء إلى القمر في السنوات القادمة. في العقد المقبل ، سترسل ناسا والصين أطقمًا إلى المريخ ، وقد تنضم إليهم قريبًا دول أخرى. هذه وغيرها من المهام التي ستأخذ رواد الفضاء إلى ما وراء المدار الأرضي المنخفض (LOO) ونظام الأرض والقمر تتطلب تقنيات جديدة تتراوح من دعم الحياة والحماية من الإشعاع إلى الطاقة والدفع. وعندما يتعلق الأمر بالأخير ، فإن الدفع الحراري النووي والكهربائي النووي (NTP / NEP) هو المنافس الرئيسي للفوز!
كجزء من برنامج 2023 للمفاهيم المتقدمة المبتكرة (NIAC) التابع لوكالة ناسا ، اختارت ناسا مفهومًا نوويًا للمرحلة الأولى من التطوير. تستخدم هذه الفئة الجديدة من محطات الطاقة النووية ثنائية النسق "دورة موجة تسريع دوار" ويمكن أن تقلل وقت الرحلة إلى المريخ إلى 45 يومًا.
تم تقديم الاقتراح ، المسمى Bimodal NTP / NEP with Wave Rotor Acceleration Cycle ، من قبل البروفيسور رايان غوس ، مدير برنامج تفوق سرعة الصوت في جامعة فلوريدا وعضو في فريق برنامج فلوريدا للأبحاث التطبيقية في الهندسة (FLARE). اقتراح Gosse هو واحد من 14 تم اختيارها من قبل NAIC هذا العام للمرحلة الأولى من التطوير ، والتي تشمل منحة بقيمة 12،500 دولار للمساعدة في تطوير التقنيات والأساليب المرتبطة بالمشروع. وشملت العروض الأخرى المستشعرات المبتكرة ، والأجهزة ، وتقنيات التصنيع ، وأنظمة الطاقة ، والمزيد.
تتلخص الطاقة النووية أساسًا في مفهومين ، كلاهما يعتمد على التقنيات التي تم اختبارها والتحقق منها بدقة. بالنسبة للدفع الحراري النووي (NTP) ، تتكون الدورة من مفاعل نووي يقوم بتسخين الهيدروجين السائل (LH2) ، وتحويله إلى غاز الهيدروجين المتأين (البلازما) ، والذي يتم توجيهه بعد ذلك عبر الفتحات لتكوين قوة دفع. تم إجراء عدة محاولات لإنشاء نسخة تجريبية من نظام الدفع هذا ، بما في ذلك المشروع لاند روفروهو مشروع مشترك بين القوات الجوية الأمريكية وهيئة الطاقة الذرية تم إطلاقه عام 1955.
وفي عام 1959، تولت وكالة ناسا المسؤولية من القوات الجوية الأمريكية، ودخل البرنامج مرحلة جديدة مخصصة لتطبيقات رحلات الفضاء. وفي نهاية المطاف، أدى ذلك إلى الدفع النووي للمركبات الصاروخية (نيرفا)، وهو مفاعل نووي صلب النواة تم اختباره بنجاح. ومع نهاية حقبة أبولو في عام 1973، انخفض تمويل البرنامج بشكل كبير، مما أدى إلى إلغائه قبل إجراء أي اختبارات طيران.
من ناحية أخرى ، يعتمد الدفع الكهربائي النووي (NEP) على مفاعل نووي لتشغيل محرك تأثير هول (دافع أيوني) يولد مجالًا كهرومغناطيسيًا يؤين ويسرع غازًا خاملًا (مثل الزينون) لتوليد قوة الدفع. تشمل الجهود المبذولة لتطوير هذه التكنولوجيا مشروع بروميثيوس التابع لوكالة ناسا في إطار مبادرة الأنظمة النووية (NSI).
يتمتع كلا النظامين بمزايا كبيرة مقارنة بالمحركات الكيميائية التقليدية ، بما في ذلك الدفع النوعي العالي (Isp) ، وكفاءة استهلاك الوقود ، وكثافة الطاقة غير المحدودة تقريبًا. على الرغم من اختلاف المفاهيم في أنها توفر دفعة محددة لأكثر من 10 آلاف ثانية ، أي أنها يمكن أن تحافظ على الدفع لمدة ثلاث ساعات تقريبًا ، إلا أن مستوى الدفع منخفض جدًا مقارنة بالصواريخ التقليدية و NTPs.
وقال جوس إن الحاجة إلى مصدر طاقة كهربائية تثير أيضًا مشكلة تبديد الحرارة في الفضاء ، حيث تتراوح نسبة تحويل الطاقة الحرارية بين 30 و 40٪ في ظل ظروف مثالية. وعلى الرغم من أن تصميمات NTP الخاصة بـ NERVA هي أفضل طريقة للبعثات المأهولة إلى المريخ وما بعده ، إلا أن هذه الطريقة تواجه أيضًا مشكلات في توفير الكسور الكتلية الأولية والنهائية المناسبة لمهام الدلتا العالية.
هذا هو السبب في تفضيل المقترحات التي تتضمن طريقتين للحركة (bimodal) ، لأنها تجمع بين مزايا كليهما. يتضمن اقتراح Gosse تصميمًا ثنائي النطاق يعتمد على مفاعل NERVA للوقود الصلب ، والذي من شأنه أن يوفر دفعة محددة (ISp) تبلغ 900 ثانية ، أي ضعف الأداء الحالي للصواريخ الكيميائية.
تتضمن دورة Gosse المقترحة أيضًا معزز ضغط الموجة أو دوار الموجة (WR) ، وهي تقنية مستخدمة في محركات الاحتراق الداخلي التي تستخدم موجات الضغط الناتجة عن تفاعل ضغط الهواء الداخل.
عند إقرانه بمحرك NTP ، سيستخدم WR الضغط الناتج عن تسخين وقود LH2 في المفاعل لزيادة ضغط كتلة التفاعل. كما وعد Gosse ، سيوفر هذا مستويات دفع مماثلة لتلك الخاصة بمفهوم NTP من فئة NERVA ، ولكن مع وقت إطلاق يتراوح بين 1400 و 2000 ثانية. يقول جوس ، عندما يقترن بدورة السياسة الاقتصادية الجديدة (NEP) ، يزداد مستوى الرغبة الشديدة أكثر.
إذا تم استخدام المحركات التقليدية ، يمكن أن تستمر مهمة مأهولة إلى المريخ لمدة تصل إلى ثلاث سنوات. ستنطلق هذه المهمات كل 26 شهرًا عندما تكون الأرض والمريخ على بعد أقرب مسافة لهما (ما يسمى بمقاومة المريخ) ، وستقضي ما لا يقل عن ستة إلى تسعة أشهر في العبور.
سيؤدي العبور لمدة 45 يومًا (ستة أسابيع ونصف) إلى تقليل وقت المهمة الإجمالي 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 ، والمشاكل الصحية ذات الصلة.
بالإضافة إلى محطات الطاقة ، هناك مقترحات لتصميمات مفاعلات جديدة من شأنها أن توفر مصدر طاقة ثابتًا للمهام الأرضية طويلة الأمد حيث لا تتوفر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح دائمًا.
تشمل الأمثلة مفاعل كيلووات التابع لوكالة ناسا باستخدام تقنية ستيرلينغ (KRUSTY) ومفاعل الانشطار / الانصهار الهجين الذي تم اختياره للمرحلة الأولى من تطوير وكالة ناسا في إطار برنامج NAIC 2023. وقد تمكن هذه التقنيات النووية وغيرها من المهام المأهولة إلى المريخ وأماكن أخرى في الفضاء السحيق يومًا ما ، ربما أسرع مما نعتقد!
مثير للاهتمام أيضًا: