Намалувањето на должината на летот со човечки екипаж до Марс од најмалку шест месеци на само 45 дена во моментов изгледа недостапно, но NASA има нов план да го овозможи тоа
NASA и советската вселенска програма поминаа децении истражувајќи го нуклеарниот погон за време на нивната вселенска трка. Пред неколку години, NASA повторно ја лансираше својата нуклеарна програма со цел да развие бимодален нуклеарен погон, т.е. систем од два дела кој се состои од нуклеарен термички и нуклеарен електричен погон (NTP/NEP), кој би можел да овозможи лет до Марс во сто дена.
Како дел од програмата на NASA за иновативни напредни концепти (NIAC) за 2023 година, НАСА избра нуклеарен концепт за првата фаза на развој. Оваа нова класа на бимодален нуклеарен погонски систем го користи таканаречениот “Wave Rotor Topping Cycle” и може да го намали времето на летот до Марс на само 45 дена. Концептот беше предложен од професорот Рајан Госе, раководител на програмската област за хиперсоника на Универзитетот во Флорида и член на тимот на Флорида за применети истражувања во инженерството (FLARE).
14 новоодобрени проекти
Сепак, за 2023 година, NIAC избра, покрај Госе, вкупно 14 предлози за првата фаза на развој, што вклучува финансирање за да помогне во усовршувањето на технологијата и методите кои се вклучени. Другите предлози вклучуваа иновативни сензори, инструменти, техники на производство, електроенергетски системи и многу повеќе.
Нуклеарниот погон навистина се сведува на два концепта, од кои и двата се потпираат на технологии кои се темелно тестирани и потврдени.
NTP/NEP погони
Кај нуклеарниот термички погон (NTP), циклусот се состои од нуклеарен реактор кој загрева течен водород (LH2), погонско гориво, претворајќи го во јонизиран водороден гас (плазма), кој потоа се канализира низ прскалките за да создаде потисок.
Нуклеарно-електричниот погон (NEP), од друга страна, се потпира на нуклеарен реактор за снабдување со електрична енергија на потиснувач Hall-Effect (јонски мотор), кој создава електромагнетно поле, кое јонизира и забрзува инертен гас (како што е ксенон) за да се создаде потисок. Обидите за развој на оваа технологија го вклучуваат проектот Prometheus на иницијативата за нуклеарни системи (NSI) на NASA (2003-2005).
Предности и недостатоци на нуклеарните погони
И двата системи имаат значајни предности во однос на конвенционалниот хемиски погон, вклучително и повисок рејтинг на специфичен импулс (ISP), ефикасност на горивото и речиси неограничена густина на енергија. Додека концептите на NEP се разликуваат по тоа што обезбедуваат повеќе од 10.000 секунди ISP, што значи дека тие можат да одржуваат потисна сила близу три часа, нивото на потисок е прилично ниско во споредба со конвенционалните ракети и концептите NTP.
Потребата од извор на електрична енергија, вели Госе, исто така го покренува прашањето за отфрлање на топлина во вселената, каде што конверзијата на топлинска енергија е 30-40 проценти под идеални околности.
Кај концептите NTP NERVA, постои проблем со обезбедување на соодветни почетни и крајни удели на маса за мисии со висока delta-v, т.е. големи промени во брзините.
Поради сето горенаведено, предлозите кои ги вклучуваат двата методи на погон (бимодални системи) се всушност фаворизирани бидејќи би ги комбинирале предностите на двата системи. Предлогот на Госе повикува на бимодален дизајн заснован на реакторот NERVA со цврсто јадро, кој би испорачувал специфичен импулс (ISP) од 900 секунди, двојно повеќе од сегашните перформанси на хемиските ракети.
Концептот на Госе
Предложениот циклус на Госе вклучува и компресор со бранови под притисок или технологијата Wave Rotor (WR), која се користи кај моторите со внатрешно согорување и користи бранови на притисок произведени од реакции за да се компресира влезниот воздух.
Спарен со NTP мотор, WR ќе го искористи притисокот создаден со загревање на течното водородно гориво во реакторот за дополнително да ја компресира реакционата маса. Ова ќе овозможи нивоа на потисок споредливи со оние од NTP концептот NERVA класа, но со ISP од 1400-2000 секунди. Заедно со циклусот NEP, посочува Госе, нивоата на овој притисок се зголемуваат уште повеќе.
Заедно со циклусот NEP, работниот циклус на ISP може дополнително да се зголеми (1800-4000 секунди) со минимално додавање на сува маса. Овој бимодален дизајн овозможува брз транзит за мисии со екипаж (45 дена до Марс) и го револуционизира истражувањето подлабоко во Сончевиот систем, објаснува тој.
Поглед во иднината
Со сегашната, конвенционална погонска технологија, мисијата на Марс со екипаж би можела да потрае до три години. Ваквите мисии би биле лансирани на секои 26 месеци, односно кога Земјата и Марс се на најблиското растојание, а летот до Црвената планета би траел најмалку шест месеци.
Транзитот од 45 дена би го намалил вкупното време на мисијата на Марс од неколку години на неколку месеци. Ова во голема мера би ги намалило главните ризици поврзани со мисиите на Марс, вклучително и изложеноста на радијација, времето поминато во микрогравитација и поврзаните здравствени проблеми.
Но, освен погонот, постојат предлози за нови дизајни на реактори кои ќе обезбедат стабилно снабдување со енергија за долготрајни површински мисии на Марс, каде што соларната и ветерната енергија не се секогаш достапни. Сè на сè, изгледите за мисии со екипаж длабоко во Сончевиот систем се чини дека се поблиски отколку што претходно се мислеше.