Januar 27, 2023

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Der neue Atomraketenplan der NASA zielt darauf ab, den Mars in nur 45 Tagen zu erreichen: ScienceAlert

Wir leben in einer Ära der erneuten Erforschung des Weltraums, in der viele Agenturen planen, Astronauten zu entsenden Mond in den kommenden Jahren. Dem sollen im nächsten Jahrzehnt bemannte Missionen folgen Mars von der NASA und China, denen sich in Kürze weitere Länder anschließen könnten.

Diese und andere Missionen, die Astronauten über die niedrige Erdumlaufbahn (LEO) und das Erde-Mond-System hinausführen werden, erfordern neue Technologien, die von Lebenserhaltung und Strahlenschutz bis hin zu Energie und Antrieb reichen.

Und wenn es um letzteres geht, Nuklearer und nuklearer thermoelektrischer Antrieb (NTP/NEP) ist der beste Konkurrent!

Die NASA und das sowjetische Raumfahrtprogramm verbrachten Jahrzehnte mit der Erforschung des Nuklearantriebs während des Weltraumrennens.

Vor ein paar Jahren die NASA sein Nuklearprogramm neu gestartet Zum Zwecke der Entwicklung eines bimodalen Nuklearantriebs – eines zweiteiligen Systems, bestehend aus einem NTP- und einem NEP-Element -, das eine Überquerung ermöglichen könnte Mars in 100 Tagen.

Eine neue Klasse von bimodalen NTP/NEP-Systemen mit einem sich drehenden Wellenzyklus treibt den Mars schnell an. (Ryan Goss)

im Rahmen Fortgeschrittene innovative NASA-Konzepte (NIAC) für 2023 hat die NASA ein nukleares Konzept für die Entwicklung der ersten Stufe ausgewählt. Diese neue Klasse von bimodalen nuklearen Antriebssystemen verwendet „Schwindelwellenzyklus-ToppingUnd es könnte die Transitzeit zum Mars auf nur 45 Tage verkürzen.

Der Vorschlag ist berechtigtDualmodus NTP/NEP mit Rotationswellenzyklus-Topping“ von Professor Ryan Goss, Area Chair des Hypersonics Program an der University of Florida und Mitglied der University of Florida Florida Angewandte Forschung im Ingenieurwesen FLARE-Team.

Gosses Vorschlag ist einer von 14, die von NAIC dieses Jahr für Phase 1 der Entwicklung ausgewählt wurden, die einen Zuschuss von 12.500 $ beinhaltet, um die Entwicklung der verwendeten Technologie und Methoden zu unterstützen. Andere Vorschläge umfassten Sensoren, Werkzeuge, Fertigungstechnologien, innovative Energiesysteme und mehr.

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Der Nuklearantrieb beruht im Wesentlichen auf zwei Konzepten, die beide auf streng getesteten und validierten Technologien basieren.

Beim nuklearthermischen Antrieb (NTP) besteht der Kreislauf aus einem Treibmittel, das flüssigen Wasserstoff (LH2) eines Kernreaktors erhitzt und in ionisiertes Wasserstoffgas (Plasma) umwandelt, das dann durch Düsen geleitet wird, um Schub zu erzeugen.

Es wurden mehrere Versuche unternommen, einen Test dieses Antriebssystems zu bauen, inkl Rover-Projekteine Zusammenarbeit zwischen der USAF und der Atomic Energy Commission (AEC), die 1955 ins Leben gerufen wurde.

1959 übernahm die NASA die Mission von der USAF, und das Programm trat in eine neue Phase ein, die Raumfahrtanwendungen gewidmet war. Dies führte schließlich dazu Nuklearmotor für die Anwendung in Raketenfahrzeugen (Nerva), ein erfolgreich getesteter Feststoffkernreaktor.

Mit dem Abschluss der Apollo-Ära im Jahr 1973 wurde die Finanzierung des Programms drastisch gekürzt, was zu seiner Absage führte, bevor Flugtests stattfinden konnten. Inzwischen entwickelten die Sowjets ihr eigenes NTP-Konzept (RD-0410) zwischen 1965 und 1980 und führte einen Bodentest durch, bevor das Programm abgebrochen wurde.

Auf der anderen Seite stützt sich Nuclear Electric Propulsion (NEP) auf einen Kernreaktor, um Strom zu liefern Hall-Effekt-Motiv (Ionenmotor), der ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das ein Inertgas (z. B. Xenon) ionisiert und beschleunigt, um Schub zu erzeugen. Zu den Versuchen, diese Technologie zu entwickeln, gehört die NASA Nuklearsystem-Initiative (INS) Das Prometheus-Projekt (2003 bis 2005).

Beide Systeme haben erhebliche Vorteile gegenüber konventionellen chemischen Antrieben, darunter eine höhere spezifische Antriebsleistung (Isp), Kraftstoffeffizienz und praktisch unbegrenzte Energiedichte.

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Während NEP-Konzepte den Vorteil haben, mehr als 10.000 ISp-Sekunden bereitzustellen, was bedeutet, dass sie den Schub für fast drei Stunden aufrechterhalten können, ist das Schubniveau im Vergleich zu konventionellen und NTP-Raketen sehr gering.

Die Notwendigkeit einer elektrischen Energiequelle wirft auch das Problem der Wärmeabgabe in den Weltraum auf, sagt Gosse – die Umwandlung von Wärmeenergie beträgt unter idealen Bedingungen 30 bis 40 Prozent.

Und während NTP NERVA-Designs die bevorzugte Methode für bemannte Missionen zum Mars und darüber hinaus sind, hat diese Methode auch Probleme mit der Bereitstellung ausreichender anfänglicher und endgültiger Massenanteile für Missionen mit hohem Delta-V.

Aus diesem Grund werden Vorschläge bevorzugt, die beide Zahlungsmethoden (bimodal) beinhalten, da sie die Vorteile beider kombinieren. Gosses Vorschlag fordert ein bimodales Design auf der Grundlage des Vollkern-NERVA-Reaktors, der einen angezeigten Impuls (Isp) von 900 Sekunden liefern würde, das Doppelte der derzeitigen Leistung chemischer Raketen.

Der von Gosse vorgeschlagene Zyklus umfasst auch einen Druckwellenlader – oder Wave Rotor (WR) – eine Technologie, die in Verbrennungsmotoren verwendet wird und die durch Rückkopplung erzeugte Druckwellen nutzt, um die Einlassluft zu komprimieren.

In Verbindung mit einem NTP-Motor nutzt der WR den Druck, der durch den Reaktor erzeugt wird, der den LH2-Brennstoff erhitzt, um die Reaktionsmasse weiter zu komprimieren. Wie von Gosse versprochen, wird dies ähnliche Schubwerte wie das NTP-Konzept der NERVA-Klasse bieten, jedoch mit einem ISP von 1400-2000s. In Kombination mit einem NEP-Zyklus Er sagte Gosse, Schubstufen wurden weiter verbessert:

„In Kombination mit dem NEP-Zyklus kann die ISP-Einschaltdauer bei minimaler Zugabe von Trockenmasse erhöht werden (1800–4000 Sekunden). Dieses Bi-Mode-Design ermöglicht einen schnellen Transfer für bemannte Missionen (45 Tage zum Mars) und revolutioniert die Tiefsee- Weltraumforschung unseres Sonnensystems“.

Basierend auf herkömmlicher Antriebstechnik könnte eine bemannte Mission zum Mars bis zu drei Jahre dauern. Diese Missionen werden alle 26 Monate gestartet, wenn Erde und Mars am nächsten sind (auch bekannt als Mars-Opposition), und werden mindestens sechs bis neun Monate unterwegs sein.

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Ein 45-tägiger (sechseinhalbwöchiger) Transit würde die gesamte Aufgabenzeit auf Monate statt auf Jahre reduzieren. Dies würde die mit Missionen zum Mars verbundenen Hauptrisiken, einschließlich Strahlenbelastung, Zeit in Mikrogravitation und damit verbundene gesundheitliche Bedenken, erheblich reduzieren.

Zusätzlich zum Antrieb gibt es Vorschläge für neue Reaktordesigns, die eine stabile Energiequelle für lang andauernde Oberflächenmissionen bieten würden, bei denen Sonnen- und Windenergie nicht immer verfügbar sind.

Beispiele sind die NASA Kilopower-Reaktor mit Sterling-Technologie (KRUSTI) f Hybrider Spalt-/Fusionsreaktor Es wurde von der NAIC 2023-Auswahl der NASA für die erste Entwicklungsphase ausgewählt.

Diese und andere nukleare Anwendungen könnten eines Tages bemannte Missionen zum Mars und zu anderen Orten im Weltraum ermöglichen, vielleicht früher als wir denken!

Dieser Artikel wurde ursprünglich von veröffentlicht das Universum heute. Lesen Der Originalartikel.