نحن نعيش في عصر استكشاف الفضاء المتجدد ، حيث تخطط العديد من الوكالات لإرسال رواد فضاء إليها القمر في السنوات القادمة. وسيعقب ذلك خلال العقد القادم بعثات مأهولة إلى المريخ من قبل وكالة ناسا والصين ، والتي قد تنضم إليها دول أخرى قريبًا.
هذه وغيرها من المهام التي ستأخذ رواد الفضاء إلى ما وراء المدار الأرضي المنخفض (LEO) ونظام الأرض والقمر تتطلب تقنيات جديدة ، تتراوح من دعم الحياة والوقاية من الإشعاع إلى الطاقة والدفع.
وعندما يتعلق الأمر بالأخير ، الدفع الكهربائي الحراري النووي والنووي (NTP / NEP) هو أحد أفضل المرشحين!
أمضت وكالة ناسا وبرنامج الفضاء السوفيتي عقودًا في البحث عن الدفع النووي أثناء سباق الفضاء.
قبل بضع سنوات ، ناسا أعادت إطلاق برنامجها النووي بهدف تطوير الدفع النووي ثنائي النسق – نظام من جزأين يتكون من عنصر NTP و NEP – والذي يمكن أن يسمح بالعبور إلى مارس في 100 يوم.
كعضو في مفاهيم ناسا المبتكرة المتقدمة (NIAC) لعام 2023 ، اختارت وكالة ناسا مفهومًا نوويًا لتطوير المرحلة الأولى. تستخدم هذه الفئة الجديدة من نظام الدفع النووي ثنائي الوسائط “دورة موجة الدوار تتصدرويمكن أن تقلل أوقات العبور إلى المريخ إلى 45 يومًا فقط.
الاقتراح بعنوان “ثنائي النسق NTP / NEP مع دورة موجة دوارة تتصدر“، اقترحه البروفيسور رايان غوس ، رئيس برنامج Hypersonics بجامعة فلوريدا وعضو في بحوث الهندسة التطبيقية في فلوريدا (توهج).
اقتراح Gosse هو واحد من 14 تم اختيارها من قبل NAIC هذا العام للمرحلة الأولى من التطوير ، والتي تشمل منحة بقيمة 12،500 دولار أمريكي للمساعدة في تطوير التكنولوجيا والأساليب المعنية. تضمنت المقترحات الأخرى أجهزة استشعار وأدوات وتقنيات تصنيع وأنظمة طاقة مبتكرة وغير ذلك.
https://www.youtube.com/watch؟v=lc9KlJFX8Us إطار الحدود = “0 ″ allow =” مقياس التسارع ؛ قراءة تلقائية الكتابة الحافظة. وسائط مشفرة جيروسكوب؛ صور في صور؛ مشاركة الويب “مسموح بها في وضع ملء الشاشة>
يتلخص الدفع النووي بشكل أساسي في مفهومين ، كلاهما يعتمد على تقنيات تم اختبارها والتحقق منها على نطاق واسع.
بالنسبة للدفع الحراري النووي (NTP) ، تتكون الدورة من مفاعل نووي تسخين سائل دافع الهيدروجين (LH2) ، وتحويله إلى غاز الهيدروجين المتأين (البلازما) والذي يتم توجيهه بعد ذلك عبر الفتحات لتوليد الدفع.
بذلت عدة محاولات لبناء اختبار لنظام الدفع هذا ، بما في ذلك مشروع روفرجهد تعاوني بين القوات الجوية الأمريكية وهيئة الطاقة الذرية (AEC) بدأ في عام 1955.
في عام 1959 ، استلمت وكالة ناسا المهمة من USAF ودخل البرنامج مرحلة جديدة مخصصة للتطبيقات الفضائية. هذا أدى في النهاية إلى محرك نووي لتطبيق المركبات الصاروخية (نيرفا) ، مفاعل نووي صلب تم اختباره بنجاح.
مع إغلاق عصر أبولو في عام 1973 ، تم تخفيض تمويل البرنامج بشكل كبير ، مما أدى إلى إلغائه قبل إجراء اختبار الطيران. خلال هذا الوقت ، طور السوفييت مفهوم NTP الخاص بهم (RD-0410) بين عامي 1965 و 1980 وأجرت اختبارًا أرضيًا واحدًا قبل إلغاء البرنامج.
من ناحية أخرى ، يعتمد الدفع النووي الكهربائي (NEP) على مفاعل نووي لتزويد الكهرباء إلى دافع تأثير هول (محرك أيوني) ، الذي يولد مجالًا كهرومغناطيسيًا يؤين ويسرع غازًا خاملًا (مثل الزينون) لتكوين قوة دفع. تشمل محاولات تطوير هذه التكنولوجيا وكالة ناسا مبادرة النظم النووية (المعهد الوطني للإحصاء) مشروع بروميثيوس (2003 إلى 2005).
يتمتع كلا النظامين بمزايا كبيرة مقارنة بالدفع الكيميائي التقليدي ، بما في ذلك تصنيف الدفع النوعي الأعلى (Isp) ، وكفاءة الوقود ، وكثافة الطاقة غير المحدودة تقريبًا.
بينما تبرز مفاهيم NEP لتوفير أكثر من 10000 ثانية من ISp ، مما يعني أنها يمكن أن تحافظ على الدفع لمدة ثلاث ساعات تقريبًا ، فإن مستوى الدفع منخفض جدًا مقارنة بالصواريخ التقليدية و NTP.
يقول غوس إن الحاجة إلى مصدر طاقة كهربائية تثير أيضًا مسألة رفض الحرارة إلى الفضاء – حيث يتراوح تحويل الطاقة الحرارية من 30 إلى 40 في المائة في ظل الظروف المثالية.
وعلى الرغم من أن تصميمات NERVA NTP هي الطريقة المفضلة للبعثات المأهولة إلى المريخ وما بعده ، فإن هذه الطريقة تواجه أيضًا مشاكل في توفير الكسور الكتلية الأولية والنهائية الكافية لمهام دلتا- v العالية.
هذا هو السبب في تفضيل المقترحات التي تشمل كلا وضعي الدفع (bimodal) ، لأنها ستجمع بين مزايا كليهما. يدعو اقتراح Gosse إلى تصميم ثنائي الشكل يعتمد على مفاعل NERVA ذو النواة الصلبة والذي من شأنه أن يولد نبضة محددة (Isp) تبلغ 900 ثانية ، أي ضعف أداء الصواريخ الكيميائية الحالية.
تتضمن دورة Gosse أيضًا ضاغط موجة الضغط – أو Wave Rotor (WR) – وهي تقنية مستخدمة في محركات الاحتراق الداخلي التي تسخر موجات الضغط الناتجة عن ردود الفعل لضغط الهواء الداخل.
عند إقرانه بمحرك NTP ، يستخدم WR الضغط الناتج عن تسخين المفاعل لوقود LH2 لزيادة ضغط كتلة التفاعل. كما وعد Gosse ، سيوفر هذا مستويات دفع مماثلة لمفهوم NTP من فئة NERVA ولكن مع ISP من 1400-2000 ثانية. عندما يقترن بدورة CIP ، قال لي كيد ، تم تحسين مستويات الدفع بشكل أكبر:
“بالاقتران مع دورة CIP ، يمكن زيادة دورة عمل ISP (1800 إلى 4000 ثانية) مع الحد الأدنى من إضافة الكتلة الجافة. يسمح هذا التصميم ثنائي الوضع بالانتقال السريع للبعثات المأهولة (45 يومًا إلى المريخ) ويحدث ثورة في استكشاف الفضاء السحيق. من نظامنا الشمسي.
استنادًا إلى تقنية الدفع التقليدية ، يمكن أن تستمر مهمة مأهولة إلى المريخ لمدة تصل إلى ثلاث سنوات. سيتم إطلاق هذه المهمات كل 26 شهرًا عندما تكون الأرض والمريخ أقرب ما يكون (أي معارضة المريخ) وستقضي ما لا يقل عن ستة إلى تسعة أشهر في العبور.
عبور 45 يومًا (ستة أسابيع ونصف) من شأنه أن يقلل المدة الإجمالية للمهمة إلى أشهر بدلاً من سنوات. هذا من شأنه أن يقلل بشكل كبير من المخاطر الرئيسية المرتبطة بالبعثات إلى المريخ ، بما في ذلك التعرض للإشعاع ، والوقت الذي يقضيه في الجاذبية الصغرى ، والقضايا الصحية ذات الصلة.
بالإضافة إلى الدفع ، هناك مقترحات لتصميمات مفاعل جديدة من شأنها أن توفر طاقة كهربائية مستقرة للمهام السطحية طويلة الأمد حيث لا تتوفر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح دائمًا.
تشمل الأمثلة تلك الواردة من وكالة ناسا مفاعل كيلوباور باستخدام تقنية ستيرلينغ (KRUSTY) و مفاعل الانشطار / الاندماج الهجين تم اختيارها للمرحلة الأولى من التطوير بواسطة فحص NAIC لعام 2023 التابع لوكالة ناسا.
يمكن لهذه التطبيقات النووية وغيرها أن تمكن يومًا ما من إرسال مهمات مأهولة إلى المريخ وأماكن أخرى في الفضاء السحيق ، ربما في وقت أقرب مما نعتقد!
تم نشر هذه المقالة في الأصل من قبل الكون اليوم. اقرأ المقال الأصلي.
