私たちは新たな宇宙探査の時代に生きており、多くの機関が宇宙飛行士の派遣を計画しています 月 今後数年間で。 これに続いて、次の 10 年で有人ミッションが行われます。 火星 NASAと中国によって、やがて他の国が加わる可能性があります。
宇宙飛行士を地球低軌道 (LEO) や地球-月システムの外に連れて行くこれらのミッションやその他のミッションには、生命維持や放射線防護からエネルギーや推進力に至るまで、新しい技術が必要です。
そして後者になると、 核および核熱電推進 (NTP/NEP) は最高の競争相手です!
NASA とソ連の宇宙計画は、宇宙開発競争における核推進力の研究に数十年を費やしました。
数年前、NASA 核計画に再び火をつけた 二峰性核推進 – NTP と NEP 要素で構成される 2 つの部分からなるシステム – を開発する目的で、 100日で火星.
の一環として 高度で革新的な NASA の概念 (NIAC) 2023 年に向けて、NASA は第 1 段階の開発に核の概念を選択しました。 この新しいクラスのバイモーダル原子力推進システムは、”めまい波サイクルトッピングまた、火星への通過時間をわずか 45 日に短縮できる可能性があります。
提案のタイトルは回転波サイクルトッピングを備えたデュアルモード NTP/NEPフロリダ大学のハイパーソニックス プログラムのエリア チェアであり、フロリダ大学のメンバーである Ryan Goss 教授による 工学におけるフロリダ応用研究 フレアチーム。
Gosse の提案は、今年 NAIC がフェーズ 1 開発のために選択した 14 の提案の 1 つであり、使用される技術と方法を成熟させるための 12,500 ドルの助成金が含まれています。 その他の提案には、センサー、ツール、製造技術、革新的な電力システムなどが含まれています。
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核推進は本質的に 2 つの概念に帰着します。どちらも厳密にテストされ、検証された技術に基づいています。
核熱推進 (NTP) のサイクルは、推進剤が原子炉の液体水素 (LH2) を加熱し、それをイオン化水素ガス (プラズマ) に変換することで構成されます。
この推進システムのテストを構築するために、いくつかの試みが行われました。 ローバープロジェクトは、1955 年に開始された USAF と原子力委員会 (AEC) の間の共同作業です。
1959 年、NASA が USAF から任務を引き継ぎ、プログラムは宇宙飛行アプリケーション専用の新しい段階に入りました。 これは最終的に ミサイル車両用原子力エンジン (Nerva) は、テストに成功した固体原子炉です。
1973 年のアポロ時代の終焉に伴い、プログラムへの資金提供が大幅に削減され、飛行試験が実施される前に中止されました。 一方、ソビエトは独自の NTP コンセプトを開発しました (RD-0410) は 1965 年から 1980 年の間に実施され、プログラムが中止される前に 1 回の地上試験が実施されました。
一方、原子力電気推進 (NEP) は、原子炉に電力を供給することに依存しています。 ホール効果の動機 (イオン エンジン)、不活性ガス (キセノンなど) をイオン化して加速し、推力を生み出す電磁場を生成します。 この技術を開発する試みには、NASA が含まれます。 原子力システムイニシアチブ (INS) プロメテウス プロジェクト (2003 年から 2005 年)。
どちらのシステムも、より高い比推進力 (Isp) 定格、燃料効率、事実上無制限のエネルギー密度など、従来の化学推進に比べて大きな利点があります。
NEP コンセプトは 10,000 ISp 秒以上を提供できるという利点がありますが、これは推力を 3 時間近く維持できることを意味しますが、推力のレベルは従来のミサイルや NTP ミサイルに比べて非常に低くなります。
電力源の必要性は、熱を宇宙に排出するという問題も引き起こします、とゴッセは言います。理想的な条件下での熱エネルギー変換は 30 ～ 40% です。
また、NTP NERVA 設計は、火星以降への有人ミッションに適した方法ですが、この方法には、高デルタ v ミッションに十分な初期および最終質量分率を提供するという問題もあります。
これが、両方の利点を組み合わせるため、両方の支払い方法 (バイモーダル) を含む提案が好まれる理由です。 Gosse の提案は、化学ロケットの現在の性能の 2 倍である 900 秒の指示インパルス (Isp) を供給するソリッドコア NERVA 原子炉に基づくバイモーダル設計を要求しています。
Gosse が提案するサイクルには、プレッシャー ウェーブ スーパーチャージャー (Wave Rotor (WR)) も含まれます。これは、内燃エンジンで使用される、フィードバックによって生成される圧力波を利用して吸気を圧縮する技術です。
NTPエンジンと組み合わせると、WRはLH2燃料を加熱する原子炉によって生成された圧力を使用して、反応塊をさらに圧縮します。 Gosse が約束したように、これは NERVA クラスの NTP コンセプトと同様の推力レベルを提供しますが、ISP は 1400 ～ 2000 です。 NEPサイクルと組み合わせると、 彼は言った ゴッセ、プッシュ レベルがさらに向上します。
「NEP サイクルと組み合わせることで、ISP のデューティ サイクルを (1800 ～ 4000 秒) 増加させることができ、乾燥質量の追加を最小限に抑えることができます。このバイモード設計により、有人ミッション (火星まで 45 日) の迅速な移動が可能になり、深海私たちの太陽系の宇宙探査」 .
従来の推進技術に基づくと、火星への有人ミッションは最大 3 年間続く可能性があります。 これらのミッションは、地球と火星が最も接近するポイント (火星オポジション) にある 26 か月ごとに開始され、少なくとも 6 か月から 9 か月は輸送に費やされます。
45 日間 (6 週間半) のトランジットでは、タスクの合計時間が数年ではなく数か月に短縮されます。 これにより、放射線被ばく、微小重力環境で過ごす時間、および関連する健康上の懸念など、火星へのミッションに関連する主要なリスクが大幅に軽減されます。
推進力に加えて、太陽光や風力が常に利用できるとは限らない長期の水上ミッションに安定した電源を提供する新しい原子炉設計の提案があります。
例にはNASAが含まれます スターリング技術を使用したキロパワー原子炉 (クルスティ) f ハイブリッド核分裂炉 NASAのNAIC 2023セレクションにより、開発の第1段階に選ばれました。
これらおよびその他の核アプリケーションは、おそらく私たちが考えているよりも早く、火星やその他の深宇宙の場所への有人ミッションを可能にする可能性があります!
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