Technologie

Rakietowy silnik nuklearny w końcu rzeczywistością? Projekt trafił do NASA

KK
Krzysztof Kurdyła
40

Energia atomowa ciągle wywołuje duże kontrowersje i strach u sporej części społeczeństwa. Jeśli jest coś, co wywołuje u takich ludzi większe przerażenie niż możliwość budowy elektrowni atomowej w ich okolicy, to chyba tylko wizja rakiet wyposażonych w silniki nuklearne latających nad ich głowami. Tymczasem koncepcja nuklearnego napędu rakietowego może mieć ogromne znaczenie, jeśli chcemy efektywnie podbijać Marsa czy księżyce planet gazowych z naszego układu kosmicznego. Na biurko NASA trafił właśnie projekt takiego napędu opracowanego przez firmę USNC-Tech.

Silnik nuklearny, czyli jaki?

Silnik rakietowy tego typu nie jest oczywiście konstrukcją wykorzystującą mikrowybuchy jądrowe. Wykorzystuje się w nich pracę reaktora atomowego do podgrzewania materiału pędnego, w większości dotychczasowych projektów był nim ciekły wodór. Ten, gwałtownie rozprężając się pod wpływem temperatury, zostaje wyrzucony z dużą prędkością z dyszy silnika, co w efekcie wywołuje ciąg. Z tego wynika jego popularna nazwa: termiczny napęd jądrowy (NTP).

Zaletą tego typu napędu jest dwukrotnie wyższy impuls właściwy, czyli stosunek wytworzonego popędu do ilości zużytych materiałów do jego wywołania. Oznacza to, że rakieta o takiej samej masie początkowej byłaby w stanie podróżować szybciej i dalej, zużywając mniejszą ilość paliwa. Z tego powodu byłaby szczególnie pożądana dla misji dalekiego zasięgu, takich jak choćby podróże na Marsa.

Szybciej na tego Marsa

Szacuje się, że przy silnikach z napędem chemicznym, w optymalnych okresach, podróż na Czerwoną Planetę potrwa około 7 miesięcy. Dopracowany silnik atomowy pozwoliłby skrócić ten czas aż o 4 miesiące i w efekcie poszerzył długość okien startowych.

Szczególnie w przypadku misji załogowych, taka oszczędność czasu może przynieść bardzo wymierne efekty, pozwalając na krótsze narażanie astronautów na niekorzystne działanie promieniowania kosmicznego i oddziaływanie stanu nieważkości. Spowodowałaby też znacznie mniejsze zużycie drogocennych zapasów pożywienia i wody w czasie, głównie bezproduktywnych, podróży.

Reaktor atomowy jest też doskonałym źródłem energii elektrycznej, tak dla zasilania układów statku kosmicznego, jak i już na powierzchni Marsa, do zasilania bazy mieszkalnej, w której astronauci będą musieli przetrwać kilka miesięcy.

Skoro jest tak dobrze...

Dlaczego w takim razie do dziś nie ma rakiet zasilanych w ten sposób? Cóż, prace koncepcyjne nad tego typu napędem rozpoczęły się jeszcze w latach 40-tych ubiegłego wieku. W czasach zimnej wojny eksperymentalne silniki tego typu były opracowywane zarówno w Stanach Zjednoczonych, jak i ZSRR.

Szczególnie amerykański program NERVA z projektem silnika opartego o reaktor Phoebus-2A, przeznaczony dla misji na Marsa wyglądał obiecująco. Niestety, rezygnacja z podboju Czerwonej Planety i przesunięcie środków finansowych na program wahadłowców, spowodowały jego przerwanie w 1973 r. Trudno w to uwierzyć, ale NASA powróciła do tego tematu dopiero w 2019 r. kiedy amerykański Kongres przeznaczył na badania nad tą technologią 125 mln dolarów. Swój program tego typu ma też amerykańskie wojsko, prowadzony przez agencję DARPA.

Głównymi problemami technologicznymi tamtych czasów były problemy z paliwem uranowym, które musiało wytrzymywać wysokie temperatury panujące w silniku. Także ciężar silnika zawierającego reaktor, utrudniał manewrowanie nim w celu zmiany wektora ciągu. Dziś jednak technologia posunęła się na tyle do przodu, że drugi problem da się rozwiązać bez większych problemów, a z pierwszym, podobno poradziła sobie właśnie wspomniana firma.

Czy to bezpieczne?

Nie podano zbyt wielu szczegółów technologicznych, ale dowiedzieliśmy się, że paliwo zawiera domieszkę węglików krzemu i może bez problemu pracować w temperaturze około 2500°C. Firma zakłada, że statki z silnikami tego typu startowałyby z orbity okołoziemskiej, na którą wynosiłyby je klasyczne rakiety o napędzie chemicznym. To miałoby zapewnić bezpieczeństwo środowisku naszej planety w przypadku awarii.

Przypominam, że nad naszymi głowami wielokrotnie podróżowały rakiety z głowicami atomowymi na pokładach samolotów, a w historii było prawdopodobnie kilkadziesiąt katastrof, w których uczestniczyły. Materiał radioaktywny wyłączonego reaktora statku kosmicznego także da się skutecznie zabezpieczyć na taką okoliczność. Na orbitę wynosiliśmy też pojazdy, których systemy zasilanie oparto o materiały radioaktywne, jak chociażby w przypadku Voyagerów.

Konstrukcja samych pojazdów przewiduje umieszczenie załogi i reaktora po przeciwległych stronach statku, rozdzielonych m. in. zbiornikami ciekłego wodoru, oraz osłonami. To ma zapewnić całkowitą ochronę przed promieniowaniem dla astronautów.

Technologia USNC-Tech, według słów jej przedstawiciela, miałaby pozwolić już dziś osiągnąć wydajność umożliwiającą podróż na Marsa w czasie od 5 do 9 miesięcy. Celem, który sobie postawiono jest skrócenie go do 90 dni. Osobiście trzymam kciuki za tę inicjatywę, NASA ma środki, zapotrzebowanie na tę technologię jest silne jak nigdy, a sama technologia wydaje się być w zasięgu ręki i dać realne korzyści. Może w końcu uda się popchnąć całą sprawę do przodu. I tylko straconych prawie 50-lat żal.

Źródło: [1]

Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu

Więcej na tematy: