آژانس فضایی ایالات متحده (ناسا) یک مفهوم پیشران هستهای را برای توسعه فاز اول به عنوان بخشی از برنامه مفاهیم پیشرفته نوآورانه (NIAC) در سال ۲۰۲۳ انتخاب کرده است.
پیشران هستهای حرارتی و هستهای الکتریکی(NTP/NEP) یک کلاس جدید از سیستم پیشرانش هستهای دووجهی است.
پروفسور رایان گاس، طراح این مفهوم از دانشگاه فلوریدا معتقد است که میتواند زمان سفر به مریخ را از چند ماه به تنها ۴۵ روز کاهش دهد. اگر این فناوری طبق برنامهریزی عمل کند، میتواند زمان سفر به مریخ را به شدت کاهش دهد و ماموریتها به سیاره سرخ را برای انسان بسیار ایمنتر کند.
آیا نیروی محرکه هستهای آینده پروازهای فضایی انسان است؟
این طرح پیشنهادی جدید یکی از ۱۴ موردی است که توسط برنامه مفاهیم پیشرفته نوآورانه برای توسعه در مرحله اول انتخاب شده است که شامل کمک هزینهای بالغ بر ۱۲۵۰۰ دلار برای تحقیق و توسعه است.
ناسا سابقهای طولانی در بررسی پیشران هستهای برای فضاپیماها دارد که شامل مفهوم موتور هستهای برای کاربرد وسایل نقلیه موشکی(NERVA) نیز میشود که با موفقیت آزمایش شد، اما تقریباً در همان زمان پایان دوره آپولو در سال ۱۹۷۳ پایان یافت.
ناسا در اوایل دهه ۲۰۰۰ مجددا فناوریهای مفهومی پیشران هستهای را با پروژه پرومتئوس(Project Prometheus) آزمایش کرد.
در عین حال، شرکت خصوصی اد آسترا(Ad Astra) که توسط فرانکلین آر چانگ دیاز(Franklin R. Chang Díaz) فضانورد سابق ناسا اداره میشود، یک آزمایش استقامتی رکوردشکن ۸۸ ساعته را با موشک پلاسمایی Vasimr VX-۲۰۰SS با توان ۸۰ کیلوواتی خود در سال ۲۰۲۱ تکمیل کرد. این شرکت ادعا میکند که فناوری موشک هستهای آن میتواند در نهایت انسان را با سرعت ۱۹۷ هزار و ۹۵۰ کیلومتر در ساعت(۱۲۳ هزار مایل در ساعت) به مریخ ببرد.
مفهوم جدید نیروی پیشران هستهای ناسا
دریافتکننده کمک هزینه جدید NIAC از ناسا، از دو مفهوم کلیدی در پشت سیستم پیشران هستهای خود استفاده میکند.
یکی پیشران هستهای حرارتی(NTP) که از یک راکتور هستهای برای گرم کردن پیشرانه هیدروژن مایع استفاده میکند تا به پلاسما تبدیل شود و از طریق یک نازل برای تولید نیروی رانش هدایت شود.
دیگری، پیشران هستهای الکتریکی(NEP) که از یک راکتور هستهای برای تامین انرژی یک رانشگر اثر هال(Hall-Effect) -موتور یونی- با برق استفاده میکند. این به نوبه خود یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد میکند که گاز نجیب یا بیاثر را یونیزه میکند و شتاب میدهد تا نیروی رانش ایجاد کند.
پروفسور گاس مزایای NTP و NEP را با مفهوم جدید خود ترکیب کرده است. وی یک طراحی دووجهی را بر اساس یک راکتور NERVA با هسته جامد پیشنهاد میکند که یک پیشرانش خاص ۹۰۰ ثانیهای را ارائه میدهد که دو برابر موشکهای شیمیایی موجود است.
علاوه بر این، پروفسور گاس استفاده از روتور موج(WR) را برای فشردهسازی بیشتر توده واکنش با استفاده از فشار ایجاد شده توسط گرمایش سوخت هیدروژن مایع در راکتور پیشنهاد میکند. به گفته وی، این کار، پتانسیل ارائه سطوح رانش قابل مقایسه با مفهوم NTP کلاس NERVA را با پیشرانش بالاتر ۱۴۰۰ تا ۲۰۰۰ ثانیهای دارد و ترکیب این با یک چرخه NEP سطوح رانش حتی بالاتری را ایجاد میکند.
کوتاه شدن سفر برای سلامت فضانوردان حیاتی است
معنی همه اینها این است که مفهوم پروفسور گاس میتواند زمان سفر به مریخ را برای فضانوردان آینده به شدت کاهش دهد.
سفر به مریخ با استفاده از فناوریهای موجود میتواند حدود ۶ تا ۹ ماه طول بکشد. بنابراین، کاهش زمان سفر به حدود ۴۵ روز به این معنی است که ماموریتهای مریخی میتوانند به جای چند سال، فقط چند ماه طول بکشند.
این امر بسیار مهم است، زیرا مأموریتهای فضایی طولانی مدت و سفر به مریخ، فضانوردان را در معرض سطوح بالایی از تشعشعات کیهانی قرار میدهد که میتواند مرگبار باشد.
نه تنها این موضوع مهم است، بلکه اثرات ریزگرانش بر روی انسان برای چنین دوره زمانی طولانی نیز پیامدهای منفی برای سلامتی خواهد داشت، بنابراین انگیزهای قوی برای کاهش زمان ماموریتهای مریخی وجود دارد.
مفاهیم دیگری نیز توسط برنامه NIAC ناسا برگزیده شده است که برجستهترین آنها یک هواپیمای هیبریدی به نام TitanAir است که میتواند نمونههایی از دریاهای قمر سیاره زحل به نام تایتان را جمعآوری کند و مفهومی برای یک خط لوله اکسیژن در ماه باشد که میتواند کارایی اکسیژنرسانی را برای ماموریتهای آتی آرتمیس ناسا بهبود بخشد.
۵۸۵۸
