Слънчевата система е наистина голямо място и отнема завинаги да пътувате от света до света с традиционните химически ракети. Но една техника, разработена през 60-те години на миналия век, може да осигури начин за драстично съкращаване на нашите времена на пътуване: ядрени ракети.
Разбира се, пускането на ракета, захранвана от радиоактивни материали, също има своите рискове. Трябва ли да го опитаме?
Да речем, че сте искали да посетите Марс с помощта на химическа ракета. Ще взривиш от Земята и ще излезеш в ниска земна орбита. Тогава в точния момент ще изстреляте ракетата си, издигайки орбитата си от Слънцето. Новата елиптична траектория, която следвате, се пресича с Марс след осем месеца полет.
Това е известно като трансфер на Хоман и това е най-ефективният начин да знаем как да пътуваме в космоса, използвайки най-малкото количество гориво и най-голямото количество полезен товар. Проблемът, разбира се, е необходимото време. По време на пътуването астронавтите ще консумират храна, вода, въздух и ще бъдат изложени на дългосрочно излъчване на дълбокия космос. Тогава мисията за връщане удвоява нуждата от ресурси и удвоява радиационното натоварване.
Трябва да вървим по-бързо.
Оказва се, че НАСА мисли за следващото след химическите ракети почти 50 години.
Ядрени термични ракети. Те определено ускоряват пътуването, но те не са без собствените си рискове, затова не сте ги виждали. Но може би времето им е тук.
През 1961 г. НАСА и Комисията за атомна енергия работиха заедно върху идеята за ядрено термично задвижване, или NTP. Това бе създадено от Вернер фон Браун, който се надяваше, че човешките мисии ще летят до Марс през 80-те години, на крилата на ядрените ракети.
Е, това не се случи. Но те извършиха няколко успешни теста за ядрено термично задвижване и показаха, че тя работи.
Докато химическата ракета работи, като запалва някакъв запалим химикал и след това изгонва отработените газове през дюза. Благодарение на третия закон на добрия Нютон, знаете, че при всяко действие има равна и противоположна реакция, ракетата получава тяга в обратна посока от изхвърлените газове.
Ядрена ракета работи по подобен начин. Мраморна топка с ураново гориво преминава процеса на делене, отделяйки огромно количество топлина. Това загрява водород до почти 2500 ° С, който след това се изхвърля на задната част на ракетата с висока скорост. Много голяма скорост, което дава на ракетата два до три пъти по-голяма ефективност на задвижване на химическа ракета.
Спомняте ли си 8 месеца, които споменах за химическа ракета? Ядрена термична ракета би могла да намали наполовина времето за транзит, може би дори 100 дневни пътувания до Марс. Което означава по-малко ресурси, консумирани от астронавтите, и по-ниско радиационно натоварване.
И има още една голяма полза. Тягата на ядрена ракета може да позволи мисиите да преминат, когато Земята и Марс не са перфектно подравнени. В момента, ако пропуснете прозореца си, трябва да изчакате още 2 години, но ядрена ракета може да ви даде тласък да се справите със закъсненията на полета.
Първите тестове на ядрени ракети започват през 1955 г. с Project Rover в научната лаборатория в Лос Аламос. Ключовото развитие беше миниатюризирането на реакторите, достатъчно, за да може да ги постави на ракета. През следващите няколко години инженерите изграждат и тестват повече от дузина реактори с различни размери и мощност.
С успеха на Project Rover, НАСА насочи поглед към човешките мисии до Марс, които ще последват кацащите Аполон на Луната. Поради разстоянието и времето на полета, те решиха, че ядрените ракети ще бъдат ключът към увеличаване на възможностите на мисиите.
Ядрените ракети, разбира се, не са без рискове. Реакторът на борда ще бъде малък източник на радиация за екипажа на астронавтите на борда, това ще надвишава намаленото време на полета. Самото дълбоко пространство представлява огромна радиационна опасност, като постоянната галактическа космическа радиация уврежда ДНК на астронавтите.
В края на 60-те години НАСА създаде програмата за ядрен двигател за ракетно превозно средство или NERVA, разработвайки технологиите, които ще се превърнат в ядрените ракети, които ще отнесат хората на Марс.
Те са тествали по-големи, по-мощни ядрени ракети в пустинята в Невада, изхвърляйки водороден газ с висока скорост право в атмосферата. Екологичните закони тогава бяха много по-малко строги.
Първата NERVA NRX в крайна сметка беше тествана близо два часа, с 28 минути с пълна мощност. И втори двигател е стартиран 28 пъти и работи за 115 минути.
В края тестваха най-мощния ядрен реактор, построен някога, реакторът Phoebus-2A, способен да генерира 4000 мегавата мощност. Блъскане за 12 минути.
Въпреки че различните компоненти всъщност никога не са били сглобявани в готова за полет ракета, инженерите са били убедени, че ядрена ракета ще отговори на нуждите на полет до Марс.
Но тогава САЩ решиха, че не искат повече да отиват на Марс. Те искаха космическата совалка.
Програмата е затворена през 1973 г. и оттогава никой не е тествал ядрени ракети.
Но последните постижения в технологията направиха ядреното топлинно задвижване по-привлекателно. Още през 60-те години на миналия век единственият източник на гориво, който те биха могли да използват, е силно обогатен уран. Но сега инженерите смятат, че могат да се справят с ниско обогатен уран.
Това би било по-безопасно да се работи и би позволило на повече ракетни съоръжения да провеждат тестове. Освен това би било по-лесно да се улавят радиоактивните частици в изгорелите газове и да се изхвърлят правилно. Това би намалило общите разходи за работа с технологията.
На 22 май 2019 г. Конгресът на САЩ одобри 125 милиона долара финансиране за разработването на ракети за ядрено термично задвижване. Въпреки че тази програма няма никаква роля за връщането на Артемида 2024 на НАСА на Луната, цитираме - „призовава НАСА да разработи многогодишен план, който да позволява демонстрация на ядрено термично задвижване, включително времевата линия, свързана с космическата демонстрация и описание на бъдещи мисии и системи за задвижване и захранване, осигурени от тази възможност. "
Ядреният делене е един от начините да се използва силата на атома. Разбира се, той изисква обогатен уран и генерира токсични радиоактивни отпадъци. Какво става със сливането? Къде атомите на водорода се пресоват в хелий, освобождавайки енергия?
Слънцето е разработило синтез благодарение на огромната си маса и температурата на сърцевината, но устойчивият, енергийно позитивен синтез е бил неуловим от нас, умните хора.
Огромни експерименти като ITER в Европа се надяват да поддържат термоядрената енергия в рамките на следващото десетилетие. След това можете да си представите, че термоядрените реактори се миниатюризират до степен, че те могат да играят същата роля като реактор за делене в ядрена ракета. Но дори и да не можете да получите термоядрени реактори до степен, че те имат положителна нетна енергия, те все още могат да осигурят огромно ускорение за количеството маса.
И може би не е нужно да чакаме десетилетия. Изследователска група в Принстънската лаборатория по физика на плазмата работи върху концепция, наречена Direct Fusion Drive, която според тях може да бъде готова много по-скоро.
Той се основава на термоядрения реактор на Принцън Полево обърната конфигурация, разработен през 2002 г. от Самюъл Коен. Горещата плазма на хелий-3 и деутерий се съдържат в магнитен съд. Хелий-3 е рядък на Земята и е ценен, тъй като реакциите на синтез с него няма да генерират същото количество опасни радиации или ядрени отпадъци като другите реактори за синтез или делене.
Както при ракетата за делене, ракета с термоядрен синтез загрява гориво до високи температури и след това го издухва отзад, създавайки тяга.
Той работи, като облицова куп линейни магнити, които съдържат и въртят много гореща плазма. Антените около плазмата се настройват на специфичната честота на йони и създават ток в плазмата. Енергията им се изпомпва до степен, че атомите се сливат, отделяйки нови частици. Тези частици се скитат през задържащото поле, докато не бъдат заловени от линиите на магнитното поле и не се ускорят от задната част на ракетата.
На теория, ракетна термоядрена система би могла да осигури 2,5 до 5 нютона на тяга на мегават със специфичен импулс от 10 000 секунди - не забравяйте 850 от ракетите за делене и 450 от химическите ракети. Освен това ще генерира електричество, необходимо на космическия кораб, далеч от Слънцето, където слънчевите панели не са много ефективни.
Direct Fusion Drive би могъл да изпълни 10 тонна мисия до Сатурн само за 2 години или 1-тонен космически кораб от Земята до Плутон за около 4 години. Новите хоризонти се нуждаеха от почти 10.
Тъй като той също е 1 мегават термоядрен реактор, той ще осигури захранване и за всички инструменти на космическия кораб, когато пристигне. Много повече от ядрените батерии, понастоящем носени от дълбоки космически мисии като Voyager и New Horizons.
Представете си какви видове междузвездни мисии могат да бъдат на масата и с тази технология.
И сателитните системи на Принстън не са единствената група, която работи по такива системи. Приложни системи за термоядрен синтез са подали заявка за патент за двигател с ядрен синтез, който може да осигури тяга на космически кораби.
Знам, че минаха десетилетия след като НАСА сериозно изпробва ядрените ракети като начин да съкрати времето за полет, но изглежда, че технологията се е върнала. През следващите няколко години очаквам да видя нов хардуер и нови тестове на ядрените термични задвижващи системи. И съм невероятно развълнуван от възможността действителни фюжън дискове да ни отвеждат в други светове. Както винаги, останете на линия, ще ви уведомя кога човек действително лети.
