 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
Chúng ta đang sống trong kỷ nguyên khám phá không gian mới, với một số cơ quan có kế hoạch đưa phi hành gia lên mặt trăng trong những năm tới. Trong thập kỷ tới, NASA và Trung Quốc sẽ gửi phi hành đoàn lên sao Hỏa và các quốc gia khác có thể sớm tham gia cùng họ. Những nhiệm vụ này và các nhiệm vụ khác sẽ đưa các phi hành gia vượt ra ngoài quỹ đạo Trái đất thấp (LOO) và hệ thống Trái đất-Mặt trăng yêu cầu các công nghệ mới, từ hỗ trợ sự sống và bảo vệ bức xạ đến năng lượng và động cơ đẩy. Và khi nói đến cái sau, Lực đẩy điện hạt nhân và nhiệt hạt nhân (NTP/NEP) là ứng cử viên chính cho chiến thắng!
Là một phần của chương trình Khái niệm Tiên tiến Sáng tạo (NIAC) năm 2023 của NASA, NASA đã chọn một khái niệm hạt nhân cho giai đoạn phát triển đầu tiên. Loại nhà máy điện hạt nhân lưỡng chế mới này sử dụng "chu kỳ sóng gia tốc cánh quạt" và có thể giảm thời gian bay tới Sao Hỏa xuống còn 45 ngày.
Đề xuất, được gọi là NTP/NEP Bimodal với Chu kỳ gia tốc cánh quạt sóng, được đưa ra bởi Giáo sư Ryan Gosse, giám đốc chương trình siêu thanh tại Đại học Florida và là thành viên của nhóm Chương trình Nghiên cứu Ứng dụng Kỹ thuật Florida (FLARE). Đề xuất của Gosse là một trong 14 đề xuất được NAIC lựa chọn trong năm nay cho giai đoạn phát triển đầu tiên, bao gồm khoản tài trợ 12 USD để giúp phát triển các công nghệ và phương pháp liên quan đến dự án. Các dịch vụ khác bao gồm cảm biến cải tiến, thiết bị đo đạc, công nghệ sản xuất, hệ thống điện, v.v.
Năng lượng hạt nhân về cơ bản có hai khái niệm, cả hai đều dựa trên các công nghệ đã được kiểm tra và xác minh kỹ lưỡng. Đối với Động cơ Nhiệt Hạt nhân (NTP), chu trình bao gồm một lò phản ứng hạt nhân làm nóng hydro lỏng (LH2), biến nó thành khí hydro bị ion hóa (plasma), sau đó khí này được dẫn qua các vòi để tạo ra lực đẩy. Một số nỗ lực đã được thực hiện để tạo ra một phiên bản thử nghiệm của hệ thống đẩy này, bao gồm cả dự án Người đi lang thang, một dự án chung của Lực lượng Không quân Hoa Kỳ và Ủy ban Năng lượng Nguyên tử đã được đưa ra vào năm 1955.
Năm 1959, NASA tiếp quản Không quân Hoa Kỳ và chương trình bước vào một giai đoạn mới dành riêng cho các ứng dụng bay vào vũ trụ. Điều này cuối cùng đã dẫn đến Động cơ đẩy hạt nhân cho phương tiện tên lửa (NERVA), một lò phản ứng hạt nhân lõi rắn đã được thử nghiệm thành công. Khi kỷ nguyên Apollo kết thúc vào năm 1973, nguồn tài trợ cho chương trình bị cắt giảm nghiêm trọng, dẫn đến việc chương trình bị hủy bỏ trước khi bất kỳ chuyến bay thử nghiệm nào được tiến hành.
Mặt khác, lực đẩy điện hạt nhân (NEP) dựa vào lò phản ứng hạt nhân để cung cấp năng lượng cho bộ đẩy hiệu ứng Hall (bộ đẩy ion) tạo ra trường điện từ làm ion hóa và tăng tốc khí trơ (chẳng hạn như xenon) để tạo ra lực đẩy. Nỗ lực phát triển công nghệ này bao gồm dự án Prometheus của NASA thuộc Sáng kiến Hệ thống Hạt nhân (NSI).
Cả hai hệ thống đều có những ưu điểm đáng kể so với động cơ hóa học truyền thống, bao gồm xung lực riêng (Isp) cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu và mật độ năng lượng hầu như không giới hạn. Mặc dù các khái niệm khác nhau ở chỗ chúng cung cấp một xung cụ thể hơn 10 nghìn giây, nghĩa là chúng có thể duy trì lực đẩy trong gần ba giờ, mức độ đẩy khá thấp so với tên lửa và NTP thông thường.
Gosse cho biết, nhu cầu về một nguồn năng lượng điện cũng đặt ra vấn đề tản nhiệt trong không gian, nơi chuyển đổi năng lượng nhiệt là 30-40% trong điều kiện lý tưởng. Và mặc dù các thiết kế NTP của NERVA là phương pháp tốt nhất cho các sứ mệnh có người lái tới Sao Hỏa và hơn thế nữa, nhưng phương pháp này cũng có vấn đề với việc cung cấp đầy đủ các phân số khối lượng ban đầu và cuối cùng cho các sứ mệnh có sóng cao.
Đây là lý do tại sao các đề xuất bao gồm cả hai phương thức di chuyển (hai phương thức) được ưu tiên hơn, vì chúng kết hợp các ưu điểm của cả hai. Đề xuất của Gosse liên quan đến một thiết kế hai chế độ dựa trên lò phản ứng nhiên liệu rắn NERVA, sẽ cung cấp một xung cụ thể (Isp) trong 900 giây, gấp đôi hiệu suất hiện tại của tên lửa hóa học.
Chu trình đề xuất của Gosse cũng bao gồm bộ tăng áp sóng hoặc cánh quạt sóng (WR), một công nghệ được sử dụng trong động cơ đốt trong sử dụng sóng áp suất được tạo ra bởi phản ứng nén của khí nạp.
Được kết hợp với động cơ NTP, WR sẽ sử dụng áp suất được tạo ra bằng cách đốt nóng nhiên liệu LH2 trong lò phản ứng để nén thêm khối lượng phản ứng. Như Gosse hứa hẹn, điều này sẽ cung cấp mức lực đẩy tương đương với khái niệm NTP lớp NERVA, nhưng với thời gian phóng là 1400-2000 giây. Gosse cho biết, khi kết hợp với chu trình NEP, mức độ thèm ăn còn tăng lên nhiều hơn.
Nếu sử dụng các động cơ thông thường, một sứ mệnh có người lái lên sao Hỏa có thể kéo dài tới ba năm. Các nhiệm vụ này sẽ khởi động 26 tháng một lần khi Trái đất và Sao Hỏa ở khoảng cách gần nhất (cái gọi là đối cực của Sao Hỏa) và sẽ mất ít nhất sáu đến chín tháng để vận chuyển.
Quá trình vận chuyển kéo dài 45 ngày (sáu tuần rưỡi) sẽ cắt giảm tổng thời gian thực hiện nhiệm vụ xuống còn vài tháng thay vì nhiều năm. Điều này sẽ làm giảm đáng kể những rủi ro chính liên quan đến các sứ mệnh lên Sao Hỏa, bao gồm phơi nhiễm phóng xạ, thời gian ở trong môi trường vi trọng lực và các vấn đề sức khỏe liên quan.
Ngoài các nhà máy điện, còn có các đề xuất về thiết kế lò phản ứng mới sẽ cung cấp nguồn điện ổn định cho các nhiệm vụ trên mặt đất trong thời gian dài, nơi không phải lúc nào cũng có sẵn năng lượng mặt trời và gió.
Các ví dụ bao gồm Lò phản ứng Kilowatt của NASA Sử dụng Công nghệ Sterling (KRUSTY) và Lò phản ứng lai Phân hạch/Hợp hạch được chọn cho giai đoạn phát triển đầu tiên của NASA trong chương trình NAIC 2023. Những công nghệ này và các công nghệ hạt nhân khác một ngày nào đó có thể cho phép thực hiện các sứ mệnh có người lái tới Sao Hỏa và những nơi khác trong không gian sâu thẳm , có thể sớm hơn chúng ta nghĩ!
Cũng thú vị: