Un profesor american explică de ce motoarele rachetelor nucleare sunt mai eficiente decât cele chimice. Prin urmare, ei sunt cei care vor ajuta la explorarea lui Marte și a tot ce este dincolo de ea. Dar el nu se gândește la întrebarea dacă NASA va avea suficienți bani pentru a dezvolta astfel de motoare, dacă Pentagonul este angajat și în ele, și i se dă primul.
NASA și Elon Musk visează la Marte, iar misiunile spațiale profunde vor deveni în curând o realitate. Probabil veți fi surprinși, dar rachetele moderne zboară puțin mai repede decât rachetele din trecut.
Navele spațiale rapide sunt mai convenabile dintr-o varietate de motive, iar cel mai bun mod de a accelera este cu rachete cu energie nucleară. Acestea au multe avantaje față de rachetele convenționale cu combustibil sau rachetele electrice moderne cu energie solară, dar în ultimii 40 de ani, Statele Unite au lansat doar opt rachete cu energie nucleară.
Cu toate acestea, în ultimul an, legile privind călătoriile în spațiul nuclear s-au schimbat și lucrările la următoarea generație de rachete au început deja.
De ce este nevoie de viteză?
În prima etapă a oricărui zbor în spațiu, este nevoie de un vehicul de lansare - acesta duce nava pe orbită. Aceste motoare mari funcționează cu combustibil combustibil - și, de obicei, când vine vorba de lansarea rachetelor, acestea înseamnă. Nu vor pleca nicăieri în curând - și nici forța gravitației.
Dar când nava intră în spațiu, lucrurile devin mai interesante. Pentru a depăși gravitația Pământului și a merge în spațiul adânc, nava are nevoie de accelerații suplimentare. Aici intră în joc sistemele nucleare. Dacă astronauții vor să exploreze ceva dincolo de Lună, sau chiar mai mult chiar pe Marte, trebuie să se grăbească. Cosmosul este imens, iar distanțele sunt destul de mari.
Video promotional:
Există două motive pentru care rachetele rapide sunt mai potrivite pentru deplasarea în spațiu pe distanțe lungi: siguranță și timp.
În drum spre Marte, astronauții se confruntă cu niveluri foarte ridicate de radiații, pline de probleme grave de sănătate, inclusiv cancer și infertilitate. Protejarea împotriva radiațiilor poate ajuta, dar este extrem de grea și cu cât misiunea este mai lungă, cu atât va fi nevoie de ecranare mai puternică. Prin urmare, cel mai bun mod de a reduce doza de radiație este pur și simplu să ajungeți mai repede la destinație.
Dar siguranța echipajului nu este singurul beneficiu. Cu cât planificăm zborurile mai îndepărtate, cu atât mai devreme avem nevoie de date din misiunile fără pilot. A fost nevoie de Voyager 2 12 ani pentru a ajunge la Neptun - și pe măsură ce a zburat, a făcut câteva imagini incredibile. Dacă Voyager ar avea un motor mai puternic, aceste fotografii și date ar fi apărut la astronomi mult mai devreme.
Deci viteza este un avantaj. Dar de ce sistemele nucleare sunt mai rapide?
Sistemele de astăzi
După ce a depășit forța gravitației, nava trebuie să ia în considerare trei aspecte importante.
Astăzi, cele mai frecvente motoare chimice sunt rachetele convenționale cu combustibil și rachetele electrice cu energie solară.
Sistemele de propulsie chimică oferă multă tracțiune, dar nu sunt deosebit de eficiente, iar combustibilul rachetelor nu consumă foarte multă energie. Racheta Saturn 5 care a dus astronauții pe Lună a produs 35 de milioane de tone de forță la decolare și a transportat 950.000 de galoane (4.318.787 litri) de combustibil. Cea mai mare parte a intrat în punerea rachetei pe orbită, deci limitele sunt evidente: oriunde te duci, ai nevoie de mult combustibil greu.
Sistemele de propulsie electrică generează impulsuri folosind electricitate din panouri solare Cel mai obișnuit mod de a realiza acest lucru este să folosiți un câmp electric pentru a accelera ionii, cum ar fi într-un propulsor de inducție Hall. Aceste dispozitive sunt folosite pentru alimentarea sateliților, iar eficiența lor în greutate este de cinci ori mai mare decât a sistemelor chimice. Dar, în același timp, dau mult mai puțină tracțiune - aproximativ 3 newtoni. Acest lucru este suficient pentru a accelera mașina de la 0 la 100 de kilometri pe oră în aproximativ două ore și jumătate. Soarele este în esență o sursă de energie fără fund, dar cu cât nava se îndepărtează de ea, cu atât este mai puțin utilă.
Unul dintre motivele pentru care rachetele nucleare sunt deosebit de promițătoare este intensitatea energetică incredibilă a acestora. Combustibilul de uraniu folosit în reactoarele nucleare are o intensitate energetică de 4 milioane de ori mai mare decât cea a hidrazinei, un combustibil tipic de rachetă chimică. Și este mult mai ușor să introduci un pic de uraniu în spațiu decât sute de mii de galoane de combustibil.
Cum rămâne cu tracțiunea și eficiența în greutate?
Două opțiuni nucleare
Pentru călătorii în spațiu, inginerii au dezvoltat două tipuri principale de sisteme nucleare.
Primul este un motor termonuclear. Aceste sisteme sunt foarte puternice și extrem de eficiente. Ei folosesc un mic reactor de fisiune nucleară - precum cei de pe submarine nucleare - pentru a încălzi un gaz (precum hidrogenul). Acest gaz este apoi accelerat prin duza rachetei pentru a asigura împingerea. Inginerii NASA au calculat că o călătorie pe Marte folosind un motor termonuclear va fi cu 20-25% mai rapidă decât o rachetă cu un motor chimic.
Motoarele cu fuziune sunt de două ori mai eficiente decât cele chimice. Acest lucru înseamnă că furnizează o dublă cantitate de forță pentru aceeași cantitate de combustibil - până la 100.000 de tone de tracțiune. Acest lucru este suficient pentru a accelera mașina până la 100 de kilometri pe oră în aproximativ un sfert de secundă.
Al doilea sistem este un motor cu rachete electrice nucleare (NEP). Nici unul dintre acestea nu a fost încă creat, dar ideea este să folosiți un puternic reactor de fisiune pentru a genera electricitate, care va alimenta apoi un sistem de propulsie electrică ca un motor Hall. Acest lucru ar fi foarte eficient - de aproximativ trei ori mai eficient decât un motor cu fuziune. Deoarece puterea unui reactor nuclear este enormă, mai multe motoare electrice separate pot funcționa în același timp, iar împingerea se va dovedi solidă.
Motoarele cu rachete nucleare sunt poate cea mai bună alegere pentru misiuni cu rază de acțiune extrem de lungă: nu necesită energie solară, sunt foarte eficiente și oferă o tracțiune relativ ridicată. Dar pentru toată natura lor promițătoare, sistemul de propulsie a energiei nucleare are încă multe probleme tehnice care vor trebui rezolvate înainte de a fi puse în funcțiune.
De ce nu există încă rachete cu energie nucleară?
Motoarele cu fuziune sunt studiate încă din anii ’60, dar încă nu au zburat în spațiu.
Conform cartei anilor ’70, fiecare proiect de spațiu nuclear a fost considerat separat și nu a putut merge mai departe fără aprobarea mai multor agenții guvernamentale și a președintelui însuși. Împreună cu lipsa de finanțare pentru cercetarea sistemelor de rachete nucleare, acest lucru a împiedicat dezvoltarea suplimentară a reactoarelor nucleare pentru a fi utilizate în spațiu.
Dar toate acestea s-au schimbat în august 2019, când administrația Trump a emis un memorandum prezidențial. În timp ce a insistat asupra siguranței maxime a lansărilor nucleare, noua directivă permite încă misiuni nucleare cu cantități mici de material radioactiv, fără aprobarea interagenței complicate. Confirmarea de către o agenție sponsorizatoare, precum NASA, că misiunea respectă recomandările de siguranță este suficientă. Misiile nucleare mari parcurg aceleași proceduri ca înainte.
Alături de această revizuire a regulilor, NASA a primit 100 de milioane de dolari din bugetul pentru 2019 pentru dezvoltarea motoarelor termonucleare. De asemenea, Agenția de proiecte avansate de apărare a apărării dezvoltă un motor spațial termonuclear pentru operațiuni de securitate națională dincolo de orbita Pământului.
După 60 de ani de stagnare, este posibil ca o rachetă nucleară să intre în spațiu într-un deceniu. Această realizare incredibilă va genera o nouă eră de explorare spațială. Omul va merge pe Marte, iar experimentele științifice vor conduce la noi descoperiri pe întregul sistem solar și nu numai.
Iain Boyd este profesor de inginerie aerospațială la Universitatea din Colorado, la Boulder
