НАСА инвестира в нова концепция за ядрена ракета на бъдещето за космическите изследвания

Ваня Милева Последна промяна на 25 януари 2024 в 00:00 4192 0

Графично изображение на ракетата с тънкослоен изотопен ядрен двигател (TFINER)

Кредит James Bickford

Графично изображение на ракетата с тънкослоен изотопен ядрен двигател (TFINER)

През следващите години НАСА планира да изпрати няколко астробиологични мисии до Венера и Марс, за да търси доказателства за извънземен живот. Те ще се проведат успоредно с мисиите до Луната (за първи път от ерата на "Аполо") и първите мисии до Марс с екипаж. Отвъд вътрешната част на Слънчевата система има амбициозни планове за изпращане на роботизирани мисии до Европа, Титан и други "океански светове", на които може да има екзотичен живот. За да постигне тези цели, НАСА инвестира в някои интересни нови технологии чрез програмата на НАСА "Иновативни усъвършенствани концепции" (NIAC).

Тазгодишната селекция включва самолети, задвижвани от слънчева енергия, биореактори, светлинни платна, технология за хибернация, астробиологични експерименти и технология за ядрено задвижване. Това включва концепция за ракета с тънкослоен изотопен ядрен двигател (TFINER - Thin Film Isotope Nuclear Engine Rocket) - предложение на старшия технически сътрудник Джеймс Бикфорд (James Bickford) и неговите колеги от лабораторията "Чарлз Старк Дрейпър" - независим разработчик на технологии, базиран в Масачузетс. Това предложение разчита на разпадането на радиоактивни изотопи за генериране на тяга и наскоро бе избрано от NIAC за фаза I на разработване.

Както се посочва в документа с предложението им, усъвършенстваният двигател е от съществено значение за реализирането на няколко концепции за мисии от следващо поколение. Те включват изпращане на телескоп до фокусната точка на гравитационната леща на Слънцето и среща с преминаващ междузвезден обект. Тези концепции за мисии изискват бързи скорости, които са невъзможни с конвенционалните ракети. Макар че се изследват възможностите на светлинните платна за бързи транзитни мисии в рамките на Слънчевата система и Проксима Кентавър, те не могат да извършват необходимите задвижващи маневри в дълбокия космос.

Колаж от илюстрации, които подчертават новите концепции, които са предложени от наградените в първата фаза на NIAC за 2024 г. Кредит: (по посока на часовниковата стрелка, от горния десен ъгъл) Benner/Zhang/McQuinn/Romero-Calvo/Hibberd-Kennedy/Carpenter/Bickford/Romero/Calvo/Cabauy/Landis/Rothschild/Ge-Cheng Zha/NASA

Ядрените концепции, които са възможни с настоящата технология, включват ядрено-термично и ядрено-електрично задвижване, които имат необходимата тяга за достигане на места в дълбокия космос. Въпреки това, както отбелязват Бикфорд и екипът му, те са също така големи, тежки и скъпи за производство.

"За разлика от тях, ние предлагаме тънкослоен ядрено-изотопен двигател с достатъчни възможности за търсене, среща и след това връщане на проби от далечни и бързо движещи се междузвездни обекти.", пишат те. "Същата технология позволява телескоп с гравитационна леща да бъде пренасочен, така че една мисия да може да наблюдава множество важни обекти."

Основната концепция е подобна на слънчевото платно, с изключение на това, че се разчита на тънки листове от радиоактивен изотоп, който използва импулса на продуктите от разпада си, за да генерира тяга. Както те го описват, базовият проект включва листове от торий-228 с дебелина около ~10 микрометра (0,01 мм). Този естествено радиоактивен метал (обикновено използван при лъчетерапия) претърпява алфа разпад с период на полуразпад от 1,9 години. Тягата се създава чрез покриване на едната страна с абсорбиращ слой с дебелина ~50 микрометра (0,05 мм), който изтласква алфа частиците в посока, обратна на движението.

Космическият апарат ще се нуждае от 30 кг торий-228, разпределени върху площ от над 250 м², което ще осигури тяга от над 150 км/сек. За сравнение, най-бързата мисия, разчитаща на конвенционално задвижване, е слънчевата сонда "Паркър", която достигна скорост от 163 км/сек, когато достигна най-близката точка в орбитата си около Слънцето (перихелий). Това обаче се дължеше на гравитационната маневра с Венера и на притеглянето от гравитацията на Слънцето.

Предимствата на тази система включват простота, тъй като конструкцията се основава на известни физични данни и материали. Освен това тя предлага възможност за мащабиране, за да може да поеме по-малки полезни товари (като сензори) или по-големи мисии (като космически телескопи). Една-единствена конвенционална ракета-носител може да вкара няколко от тези космически апарати в траектория за излизане от Слънчевата система, което изисква втора космическа скорост от 42,1 км/сек. Листовете на тягата могат да се преконфигурират, за да се даде възможност за насочване на тягата и маневриране на космическия кораб, което означава, че космическият кораб може да извършва изследвания за бъдещи мисии, след като достигне дълбокия космос.

Керамична пелета от плутоний-238, която свети в червено. Кредит: Los Alamos Laboratory

Това включва телескопи, насочени към фокусната точка на Слънчевата гравитационна леща (SGL - Solar Gravitational Lens), и мисии, които ще се срещнат с междузвездни обекти (ISO - interstellar object) и евентуално ще върнат проби на Земята за анализ. Космическият апарат ще разполага със свободен капацитет, за да се срещне сам с ISO и да върне проби.

Естественото разпадане на листовете може да бъде използвано и чрез слой от термоелектрически материали (или плочки на Пелтие) за генериране на излишна електрическа енергия от около 50 kW при 1% ефективност. Може да се добави и слой от материал, излъчващ бета-частици, за да се неутрализира алфа-лъчението и да се "предизвика отклонение на напрежението, което насочва емисиите на изгорелите газове и/или използва изходящия слънчев вятър".

Те също така отбелязват как концепцията може да бъде проектирана с множество "степени", оборудвани с актиний-227 (или други изотопи с по-дълъг период на полуразпадане), което да доведе до по-висока скорост при удължен живот на мисията. По подобен начин модифицирана версия, която разчита на торий-233, може да използва горивния цикъл на тория - каскадно разпадане на изотопа, при което в крайна сметка се получава уран-232 - което ще доведе (според тях) до увеличаване на производителността с около 500 %. Ясно е, че предложената технология предоставя много възможности за бъдещо развитие и може да се използва за изпълнение на няколко типа мисии.

Тези мисии са в съответствие с визията на НАСА за следващия век, която включва изпращане на космически апарати за изучаване на ISO отблизо, откриване на обитаеми планети в съседни звездни системи, провеждане на мисии с екипаж извън системата Земя-Луна и търсене на живот на други небесни тела.

Източник: NASA Invests in New Nuclear Rocket Concept for the Future of Space Exploration and Astrophysics, Universe Today

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !