Nous vivons dans une nouvelle ère d’exploration spatiale, où de nombreuses agences envisagent d’envoyer des astronautes Lune Dans les années à venir. Celle-ci sera suivie au cours de la prochaine décennie par une mission habitée visant à Mars par la NASA et la Chine, qui pourraient bientôt être suivis par d’autres pays.
Cette mission et d’autres qui emmèneront les astronautes au-delà de l’orbite terrestre basse (LEO) et du système Terre-Lune nécessitent de nouvelles technologies, du maintien de la vie et de la radioprotection à l’énergie et à la propulsion.
Et quand il s’agit de la dernière, Propulsion nucléaire et nucléaire thermoélectrique (NTP/NEP) est le meilleur candidat !
La NASA et le programme spatial soviétique ont passé des décennies à rechercher la propulsion nucléaire pendant la course à l’espace.
Il y a quelques années, la NASA relancer son programme nucléaire Dans le but de développer une propulsion nucléaire bimodale – un système en deux parties composé de composants NTP et NEP – qui peut permettre la traversée vers Mars dans 100 jours.
partie de Concepts avancés et innovants de la NASA (NIAC) pour 2023, la NASA sélectionne le concept nucléaire pour la première phase de développement. Cette nouvelle classe utilise un système de propulsion nucléaire bi-modalCycle d’onde de vertige de toppingEt cela pourrait réduire le temps de transit vers Mars à seulement 45 jours.
La proposition est intituléeMode double NTP/NEP avec cycle d’onde rotatif“, par le professeur Ryan Goss, président du domaine du programme Hypersonics à l’Université de Floride et membre de l’Université de Floride Recherche appliquée en ingénierie en Floride Tim FLARE.
La proposition de Gosse est l’une des 14 sélectionnées par la NAIC cette année pour le développement de la phase 1, qui comprend une subvention de 12 500 $ pour aider à faire mûrir la technologie et les méthodes utilisées. D’autres propositions incluent des capteurs innovants, des instruments, des technologies de fabrication, des systèmes d’alimentation et plus encore.
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La propulsion nucléaire se résume essentiellement à deux concepts, tous deux basés sur une technologie rigoureusement testée et validée.
Pour la propulsion nucléaire thermique (NTP), le cycle consiste à chauffer l’hydrogène liquide propulseur (LH2) du réacteur nucléaire, à le convertir en hydrogène gazeux ionisé (plasma) qui est ensuite canalisé à travers une tuyère pour générer une poussée.
Plusieurs tentatives ont été faites pour établir un test de ce système de propulsion, y compris projet explorateurun effort de collaboration entre l’USAF et la Commission de l’énergie atomique (AEC) a été lancé en 1955.
En 1959, la NASA prend le relais de l’US Air Force, et le programme entre dans une nouvelle phase dédiée aux applications spatiales. Cela a finalement conduit à Moteurs nucléaires pour applications de véhicules lance-missiles (Nerva), qui est un réacteur nucléaire solide testé avec succès.
Avec la fermeture de l’ère Apollo en 1973, le financement du programme a été considérablement réduit, provoquant son annulation avant que les essais en vol puissent avoir lieu. Pendant ce temps, les Soviétiques ont développé leur propre concept de NTP (RD-0410) entre 1965 et 1980 et a effectué un essai sur le terrain avant l’annulation du programme.
D’autre part, la propulsion électrique nucléaire (NEP) s’appuie sur les réacteurs nucléaires pour fournir de l’électricité Motif à effet Hall (moteur ionique), qui produit un champ électromagnétique qui ionise et accélère un gaz inerte (comme le xénon) pour créer une poussée. Les efforts pour développer cette technologie incluent la NASA Initiative des systèmes nucléaires (INS) Projet Prometheus (2003 à 2005).
Les deux systèmes présentent des avantages significatifs par rapport à la propulsion chimique conventionnelle, notamment des cotes de propulsion spécifique (Isp) plus élevées, un rendement énergétique et une densité d’énergie pratiquement illimitée.
Alors que les concepts NEP permettent d’économiser plus de 10 000 ISp, ce qui signifie qu’ils peuvent maintenir la poussée pendant près de trois heures, leurs niveaux de poussée sont très faibles par rapport aux missiles conventionnels et NTP.
Le besoin d’une source d’énergie soulève également le problème de la dissipation de la chaleur dans l’espace, dit Gosse – la conversion de l’énergie thermique est de 30 à 40 % dans des conditions idéales.
Et bien que la conception NTP NERVA soit la méthode préférée pour les missions habitées vers Mars et au-delà, elle a également le problème de fournir des fractions de masse initiale et finale adéquates pour les missions delta à haute v.
C’est pourquoi une proposition qui inclut les deux modes de paiement (bimodal) est préférable, car elle combine les avantages des deux. La proposition de Gosse appelait à une conception bimodale basée sur le réacteur à noyau solide NERVA qui fournirait une impulsion indiquée (Isp) de 900 secondes, soit deux fois les performances des fusées chimiques actuelles.
Le cycle de Gosse proposé comprend également un compresseur à onde de pression – ou Rotor Wave (WR) – une technologie utilisée dans les moteurs à combustion interne qui utilise une onde de pression générée par rétroaction à la pression d’admission.
Lorsqu’il est associé au moteur NTP, le WR utilise la pression générée par le réacteur chauffant le carburant LH2 pour comprimer davantage la masse de réaction. Comme promis par Gosse, cela fournira un niveau de boost similaire au concept NTP de classe NERVA mais avec les ISP 1400-2000. Lorsqu’il est combiné avec le cycle NEP, Il a dit Gosh, les niveaux de poussée sont plus améliorés :
“En combinaison avec le cycle NEP, le cycle de service ISp (1800-4000 secondes) peut être augmenté avec un ajout minimal de masse sèche. Cette conception bi-mode permet un transfert rapide vers des missions habitées (45 jours vers Mars) et révolutionne les profondeurs océaniques. l’exploration de l’espace extra-atmosphérique de notre système solaire ».
Basée sur une technologie de propulsion conventionnelle, une mission habitée vers Mars peut durer jusqu’à trois ans. La mission sera lancée tous les 26 mois lorsque la Terre et Mars seront à leur point le plus proche (c’est-à-dire l’opposition de Mars) et passera au moins six à neuf mois en route.
Un transit de 45 jours (six semaines et demie) réduira le temps total de la tâche à des mois au lieu d’années. Cela réduira considérablement les principaux risques associés aux missions vers Mars, notamment l’exposition aux radiations, le temps passé en microgravité et les problèmes de santé associés.
En plus de la propulsion, il existe des propositions de nouvelles conceptions de réacteurs qui fourniraient une source d’énergie stable pour les missions de surface à long terme où l’énergie solaire et éolienne n’est pas toujours disponible.
Les exemples incluent la NASA Le réacteur Kilopower utilise la technologie Sterling (KRUSTY) f Réacteur hybride fission/fusion Il a été sélectionné pour la première phase de développement par la sélection NAIC 2023 de la NASA.
Ces applications nucléaires et d’autres pourraient un jour permettre des missions habitées vers Mars et d’autres endroits dans l’espace, peut-être plus tôt que nous ne le pensons !
Cet article a été initialement publié par l’univers aujourd’hui. Lecture Article original.
