I sin strävan efter uppdrag som kommer att ta oss tillbaka till månen, till Mars och därefter har NASA undersökt ett antal nästa generations framdrivningskoncept. Medan befintliga koncept har sina fördelar - kemiska raketer har hög energitäthet och jonmotorer är mycket bränsleeffektiva - är våra hopp för framtiden hängande på oss att hitta alternativ som kombinerar effektivitet och kraft.
För detta ändamål letar forskare vid NASA: s Marshall Space Flight Center återigen att utveckla kärnvapen. Som en del av NASA: s speländringsutvecklingsprogram skulle Nuclear Thermal Propulsion (NTP) -projektet skapa skapande av högeffektiv rymdfarkoster som skulle kunna använda mindre bränsle för att leverera tung nyttolast till avlägsna planeter och på relativt kort tid .
Som Sonny Mitchell, projektet för NTP-projektet vid NASA: s Marshall Space Flight Center, sa i ett nyligen uttalande från NASA:
”När vi skjuter ut i solsystemet kan kärnkraftsframdrivning erbjuda det enda verkligt hållbara teknikalternativet för att utvidga mänsklig räckvidd till Mars och till världar utanför. Vi är glada över att arbeta med tekniker som kan öppna ett djupt utrymme för mänsklig utforskning. "
För att se detta igenom har NASA ingått ett partnerskap med BWX Technologies (BWXT), ett Virginia-baserat energi- och teknikföretag som är en ledande leverantör av kärnkraftskomponenter och bränsle till den amerikanska regeringen. För att hjälpa NASA att utveckla de nödvändiga reaktorerna som skulle stödja eventuella framtida besättningsuppdrag till Mars, tilldelades företagets dotterbolag (BWXT Nuclear Energy, Inc.) ett treårigt kontrakt till ett värde av 18,8 miljoner dollar.
Under dessa tre år där de kommer att arbeta med NASA kommer BWXT att tillhandahålla teknisk och programmatisk data som behövs för att implementera NTP-teknik. Detta kommer att bestå av dem som tillverkar och testar bränsleelement av prototyp och hjälper NASA att lösa alla kärnkraftslicenser och myndighetskrav. BWXT kommer också att hjälpa NASA-planerare att ta itu med frågorna om genomförbarhet och överkomligt med deras NTP-program.
Som Rex D. Geveden, BWXTs VD och verkställande direktör, sa om avtalet:
”BWXT är oerhört nöjd med att samarbeta med NASA om detta spännande kärnutrymme-program till stöd för Mars-uppdraget. Vi är unikt kvalificerade för att designa, utveckla och tillverka reaktorn och bränslet för ett kärnkraftsdrivet rymdskepp. Detta är en lämplig tid att svänga våra möjligheter till rymdmarknaden där vi ser långsiktiga tillväxtmöjligheter inom kärnkraftsframdrivning och kärnkraftsytekraft.
I en NTP-raket används uran- eller deuteriumreaktioner för att värma flytande väte inuti en reaktor och förvandla den till joniserad vätgas (plasma), som sedan kanaliseras genom ett raketmunstycke för att generera drivkraft. En andra möjlig metod, känd som Nuclear Electric Propulsion (NEC), involverar samma basreaktor som omvandlade sin värme och energi till elektrisk energi som sedan driver en elektrisk motor.
I båda fallen förlitar raketen sig på kärnkraftssprängning för att generera framdrivning snarare än kemiska drivmedel, vilket hittills varit grundpelaren i NASA och alla andra rymdbyråer. Jämfört med denna traditionella form av framdrivning erbjuder båda typerna av kärnmotorer ett antal fördelar. Den första och mest uppenbara är den praktiskt taget obegränsade energitätheten den erbjuder jämfört med raketbränsle.
Detta skulle minska den totala mängden drivmedel som behövs och därmed minska lanseringsvikten och kostnaden för enskilda uppdrag. En kraftfullare kärnkraftsmotor skulle innebära minskade tripptider. Redan har NASA uppskattat att ett NTP-system kan göra resan till Mars till fyra månader istället för sex, vilket skulle minska mängden strålning som astronauterna skulle utsättas för under sin resa.
För att vara rättvis är begreppet att använda kärnraketer för att utforska universum inte nytt. I själva verket har NASA undersökt möjligheten att kärnkraftsframdrivning i stor utsträckning under Space Nuclear Propulsion Office. Faktum är att mellan 1959 och 1972 genomförde SNPO 23 reaktortest vid Nuclear Rocket Development Station vid AECs Nevada Test Site, i Jackass Flats, Nevada.
1963 skapade SNPO också Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA) -programmet för att utveckla kärn-termisk framdrivning för långsiktigt besättningsuppdrag till månen och interplanetära rymden. Detta ledde till skapandet av NRX / XE, en kärnvärmemotor som SNPO certifierade för att ha uppfyllt kraven för ett besättningsuppdrag till Mars.
Sovjetunionen genomförde liknande studier under 1960-talet i hopp om att använda dem på de övre stadierna av deras N-1-raket. Trots dessa ansträngningar kom inga kärnvapen någonsin in i tjänst på grund av en kombination av budgetnedskärningar, förlust av allmänintresse och en allmän avveckling av rymdloppet efter att Apollo-programmet var slutfört.
Men med tanke på det nuvarande intresset för rymdutforskning och det ambitiösa uppdrag som föreslås för Mars och därefter verkar det som om kärnvapen äntligen kan se service. En populär idé som övervägs är en flerstegsraket som skulle förlita sig på både en kärnmotor och konventionella thrusterar - ett koncept som kallas ett "bimodalt rymdskepp". En viktig förespråkare för denna idé är Dr. Michael G. Houts från NASA Marshall Space Flight Center.
2014 genomförde Dr. Houts en presentation där han beskrev hur bimodala raketer (och andra kärnkraftsbegrepp) representerade ”speländringstekniker för rymdutforskning”. Som ett exempel förklarade han hur Space Launch System (SLS) - en nyckelteknologi i NASA: s föreslagna besättningsuppdrag till Mars - kunde utrustas med kemisk raket i det nedre steget och en kärnkraftsmotor på övre scenen.
I denna installation skulle kärnkraftsmotorn förbli "kall" tills raketten hade uppnått en bana, vid vilken punkt det övre steget skulle distribueras och reaktorn skulle aktiveras för att generera drivkraft. Andra exempel som nämns i rapporten inkluderar satelliter med lång räckvidd som skulle kunna utforska Yttre solsystem och Kuiper Belt och snabb, effektiv transport för bemannade uppdrag i hela solsystemet.
Företagets nya kontrakt förväntas löpa till 30 september 2019. Vid den tiden kommer Nuclear Thermal Propulsion-projektet att avgöra genomförbarheten att använda lågberikat uranbränsle. Därefter kommer projektet att spendera ett år på att testa och förfina dess förmåga att tillverka de nödvändiga bränsleelementen. Om allt går bra kan vi förvänta oss att NASA: s "Journey to Mars" bara kan innehålla några kärnkraftsmotorer!
