تصميم صاروخ نووي جديد لإرسال بعثات إلى المريخ في 45 يومًا فقط

معا للقضاء على التشيع

نحن نعيش في عصر استكشاف الفضاء المتجدد ، حيث تخطط العديد من الوكالات لإرسال رواد فضاء إلى القمر في السنوات القادمة. وسيتبع ذلك في العقد القادم ببعثات مأهولة إلى المريخ من قبل ناسا والصين ، الذين قد تنضم إليهم دول أخرى قبل فترة طويلة. تتطلب هذه المهام وغيرها من المهام التي ستأخذ رواد الفضاء إلى ما وراء المدار الأرضي المنخفض (LEO) ونظام الأرض والقمر تقنيات جديدة ، تتراوح من دعم الحياة والوقاية من الإشعاع إلى الطاقة والدفع. وعندما يتعلق الأمر بالأخير ، فإن الدفع الحراري النووي والكهربائي النووي (NTP / NEP) هو المنافس الأول!

أمضت وكالة ناسا وبرنامج الفضاء السوفيتي عقودًا في البحث عن الدفع النووي أثناء سباق الفضاء. قبل بضع سنوات ، أعادت وكالة ناسا إطلاق برنامجها النووي بهدف تطوير الدفع النووي ثنائي النسق – وهو نظام من جزأين يتكون من عنصر NTP و NEP – والذي يمكن أن يتيح الانتقال إلى المريخ في 100 يوم. كجزء من برنامج ناسا للمفاهيم المتقدمة المبتكرة (NIAC) لعام 2023 ، اختارت ناسا مفهومًا نوويًا لتطوير المرحلة الأولى. تستخدم هذه الفئة الجديدة من نظام الدفع النووي ثنائي النسق “دورة الموجة الدوارة الأعلى” ويمكن أن تقلل أوقات العبور إلى المريخ إلى 45 يومًا فقط.

الاقتراح ، الذي يحمل عنوان “Bimodal NTP / NEP with a Wave Rotor Cycle Cycle” ، قدمه البروفيسور رايان جوس ، رئيس منطقة برنامج Hypersonics في جامعة فلوريدا وعضو فريق فلوريدا للأبحاث التطبيقية في الهندسة (FLARE) . اقتراح Gosse هو واحد من 14 تم اختيارها من قبل NAIC هذا العام لتطوير المرحلة الأولى ، والتي تتضمن منحة بقيمة 12،500 دولار للمساعدة في إنضاج التكنولوجيا والأساليب المستخدمة. تضمنت المقترحات الأخرى أجهزة استشعار وأدوات وتقنيات تصنيع وأنظمة طاقة مبتكرة وغير ذلك.

إزالة جميع الإعلانات على الكون اليوم

انضم إلى Patreon مقابل 3 دولارات فقط!

احصل على تجربة خالية من الإعلانات مدى الحياة

https://www.youtube.com/watch؟v=lc9KlJFX8Us

ينخفض ​​الدفع النووي بشكل أساسي إلى مفهومين ، كلاهما يعتمد على التقنيات التي تم اختبارها بدقة والتحقق من صحتها. بالنسبة للدفع النووي الحراري (NTP) ، تتكون الدورة من مفاعل نووي يعمل على تسخين الهيدروجين السائل (LH2) دافع ، يحوله إلى غاز هيدروجين مؤين (بلازما) يتم توجيهه بعد ذلك عبر الفتحات لتوليد الدفع. تم إجراء عدة محاولات لبناء اختبار لنظام الدفع هذا ، بما في ذلك Project Rover ، وهو جهد تعاوني بين القوات الجوية الأمريكية وهيئة الطاقة الذرية (AEC) التي تم إطلاقها في عام 1955.

في عام 1959 ، استلمت وكالة ناسا المهمة من USAF ، ودخل البرنامج مرحلة جديدة مخصصة لتطبيقات رحلات الفضاء. أدى ذلك في النهاية إلى إنشاء محرك نووي لتطبيق المركبات الصاروخية (NERVA) ، وهو مفاعل نووي صلب النواة تم اختباره بنجاح. مع إغلاق Apollo Era في عام 1973 ، تم تخفيض تمويل البرنامج بشكل كبير ، مما أدى إلى إلغائه قبل إجراء أي اختبارات طيران. وفي الوقت نفسه ، طور السوفييت مفهوم NTP الخاص بهم (RD-0410) بين عامي 1965 و 1980 وأجروا اختبارًا أرضيًا واحدًا قبل إلغاء البرنامج.

من ناحية أخرى ، يعتمد الدفع النووي الكهربائي (NEP) على مفاعل نووي لتزويد الكهرباء إلى دافع تأثير هول (محرك أيوني) ، والذي يولد مجالًا كهرومغناطيسيًا يؤين ويسرع غازًا خاملًا (مثل الزينون) لتكوينه. دفع. تشمل محاولات تطوير هذه التكنولوجيا مبادرة الأنظمة النووية التابعة لوكالة ناسا (NSI). مشروع بروميثيوس (2003 إلى 2005). يتمتع كلا النظامين بمزايا كبيرة مقارنة بالدفع الكيميائي التقليدي ، بما في ذلك تصنيف الدفع النوعي العالي (Isp) ، وكفاءة الوقود ، وكثافة الطاقة غير المحدودة تقريبًا.

بينما تتميز مفاهيم NEP بتوفير أكثر من 10000 ثانية من Iص، مما يعني أنه يمكنهم الحفاظ على قوة الدفع لما يقرب من ثلاث ساعات ، يكون مستوى الدفع منخفضًا جدًا مقارنة بالصواريخ التقليدية و NTP. يقول Gosse إن الحاجة إلى مصدر طاقة كهربائية تثير أيضًا مسألة طرد الحرارة في الفضاء – حيث يكون تحويل الطاقة الحرارية 30-40 ٪ في ظل الظروف المثالية. وعلى الرغم من أن تصميمات NTP NERVA هي الطريقة المفضلة للبعثات المأهولة إلى المريخ وما بعده ، فإن هذه الطريقة بها أيضًا مشكلات في توفير الكسور الكتلية الأولية والنهائية الكافية لمهام دلتا- v العالية.

فئة جديدة من نظام NTP / NEP ثنائي النسق مع دورة موجة دوّارة تقود إلى المريخ بسرعة. الائتمان: ريان جوس

هذا هو السبب في تفضيل المقترحات التي تتضمن كلاً من طرق الدفع (bimodal) ، لأنها ستجمع بين مزايا كليهما. يدعو اقتراح Gosse إلى تصميم ثنائي يعتمد على مفاعل NERVA ذو النواة الصلبة والذي من شأنه أن يوفر دفعة محددة (Iص) 900 ثانية ، ضعف الأداء الحالي للصواريخ الكيميائية. تتضمن دورة Gosse المقترحة أيضًا شاحنًا فائقًا لموجة الضغط – أو Wave Rotor (WR) – وهي تقنية مستخدمة في محركات الاحتراق الداخلي التي تسخر موجات الضغط الناتجة عن ردود الفعل لضغط الهواء الداخل.

عند إقرانه بمحرك NTP ، يستخدم WR الضغط الناتج عن تسخين المفاعل لل LH2 الوقود لضغط كتلة التفاعل بشكل أكبر. كما وعد Gosse ، سيوفر هذا مستويات دفع مماثلة لتلك الخاصة بمفهوم NTP من فئة NERVA ولكن مع Iص 1400-2000 ثانية. قال جوس إنه عندما يقترن بدورة NEP ، يتم تحسين مستويات الدفع بشكل أكبر:

“بالاقتران مع دورة NEP ، يمكن زيادة دورة العمل ISp (1800-4000 ثانية) مع الحد الأدنى من إضافة الكتلة الجافة. يتيح هذا التصميم ثنائي النسق العبور السريع للبعثات المأهولة (45 يومًا إلى المريخ) ويحدث ثورة في استكشاف الفضاء العميق لنظامنا الشمسي. “

استنادًا إلى تقنية الدفع التقليدية ، يمكن أن تستمر مهمة مأهولة إلى المريخ لمدة تصل إلى ثلاث سنوات. ستطلق هذه المهمات كل 26 شهرًا عندما تكون الأرض والمريخ في أقرب نقطة لها (ويعرف أيضًا باسم معارضة المريخ) وستقضي ما لا يقل عن ستة إلى تسعة أشهر في العبور. قد يؤدي العبور لمدة 45 يومًا (ستة أسابيع ونصف) إلى تقليل الوقت الإجمالي للمهمة إلى أشهر بدلاً من سنوات. هذا من شأنه أن يقلل بشكل كبير من المخاطر الرئيسية المرتبطة بالبعثات إلى المريخ ، بما في ذلك التعرض للإشعاع ، والوقت الذي يقضيه في الجاذبية الصغرى ، والمخاوف الصحية ذات الصلة.

مفهوم الفنان عن صاروخ نووي ثنائي النسق يقوم برحلة إلى القمر والمريخ ووجهات أخرى في النظام الشمسي. الائتمان: ناسا

بالإضافة إلى الدفع ، هناك مقترحات لتصميمات مفاعلات جديدة من شأنها أن توفر مصدر طاقة ثابتًا للمهام السطحية طويلة الأمد حيث لا تتوفر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح دائمًا. تشمل الأمثلة مفاعل كيلوباور التابع لوكالة ناسا باستخدام تقنية ستيرلينغ (KRUSTY) ومفاعل الانشطار / الاندماج الهجين الذي تم اختياره للمرحلة الأولى من خلال اختيار ناسا NAIC 2023. يمكن لهذه التطبيقات النووية وغيرها من التطبيقات النووية أن تمكن يومًا ما من إرسال مهمات مأهولة إلى المريخ ومواقع أخرى في الفضاء السحيق ، ربما في وقت أقرب مما نعتقد!

قراءة متعمقة: ناسا

معا للقضاء على التشيع

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق