Tudja, hogy eddig miért csak robotok mentek felfedezni a Marsot?

Meghajtórendszerek vizsgálata

Amíg a Perseverance Mars rover a vörös bolygón tartózkodik, addig a földön a mérnökök azon dolgoznak, hogy tovább fejlesszék a potenciális meghajtási technológiákat, hogy megtörténhessen az első emberi Mars-küldetés. A NASA jelenleg kétféle nukleáris meghajtórendszert vizsgál: nukleáris elektromos és nukleáris termikus meghajtást. 

A nukleáris elektromos meghajtórendszerek sokkal hatékonyabban használják fel a hajtóanyagot, mint a vegyi rakéták, de alacsonyabb tolóerőt biztosítanak. Egy reaktorral villamos energiát állítanak elő, amely feltölti a gáz hajtóanyagokat, mint például a xenont vagy a kriptont, az ionokat pedig tolóerőn keresztül nyomja ki, ez hajtja előre az űrhajót. A kis tolóerőt hatékonyan alkalmazzák, ami így hosszabb időre gyorsítja fel az űrhajókat.

A nukleáris termikus meghajtó technológia, nagy tolóerőt és kétszer nagyobb hajtóanyag hatékonyságot biztosít, mint a vegyi rakéták. A rendszer működése során a reaktorból a hőt folyékony hajtóanyagba továbbítja. Majd ez a hő, a folyadékot gázzá alakítja, amely egy fúvókán keresztül kitágulva tolóerőt képez.

A NASA az Energiaügyi Minisztériummal (DOE) összehangolva az iparágtól kért előzetes reaktortervezési koncepciókat egy nukleáris termikus meghajtórendszerhez. Jim Reuter, a NASA űrtechnológiáért felelős főigazgató-helyettese július 13-án jelentette be, az Amerikai Asztronautikai Társaság Glenn Emlékülésén, hogy egy éves szerződést kötöttek három tanulmány megírására, egyenként nagyjából 5 millió dollár összegben. Ennek keretében a pályázóknak el kell készíteniük a nukleáris termikus meghajtás megvalósításáról szóló koncepciós tervüket.

A három tanulmány fő célja egy olyan reaktor fejlesztésének körvonalazása, amelyik egy jövőbeli nukleáris termikus meghajtó (NTP) rendszer része lehet.

– mondta Jim Reuter, a NASA Űrtechnológiai Missziós Igazgatóságának (STMD) ügyvezető igazgatója. 

Ember a Marsra

A NASA célja, hogy a lehető legkevesebb, azaz két évre csökkentse a Föld és a Mars közötti oda-vissza utazás időtartamát. A nukleáris meghajtórendszerek rövidebb szállítási időt tehetnek lehetővé, valamint, nagyobb rugalmasságot és hatékonyságot biztosíthatnak a küldetéstervezők számára. Annak érdekében, hogy a kiküldetés időtartama legfeljebb két év legyen, a NASA nukleáris alapú szállítási rendszereket vizsgál. A rendszerek kihasználnák az optimális bolygóállást az utazás egyik szakaszának alacsony energiaigényű tranzitjához, majd az új, továbbfejlesztett technológia a második szakaszban a nagyobb energiájú tranzitot hozhatja létre. Mivel minden megközelítéshez jelentős fejlesztés szükséges, ezért egyelőre korai lenne megmondani, hogy milyen meghajtórendszer viszi az első űrhajósokat a Marsra.

Technológiai felkészültség

A nukleáris termikus meghajtás több mint 60 éve szerepel a NASA feladatlistáján. A 2021. február 12 -én közzétett ajánlattételi kérelem révén folytatott új hardvertervezési és fejlesztési szakasz, a nukleáris termikus meghajtórendszer alapvető elemeinek kifejlesztésére irányul.

A nukleáris elektromos meghajtás a NASA munkájára építve érinti a napenergiával működő elektromos meghajtóhajtóműveket és rendszereket az Artemis számára. Jelentős beruházásokat hajtottak végre a kisméretű, szárazföldi reaktorok megfelelő tüzelőanyag- és reaktortechnológiáiban is, amelyeket az űrreaktorokhoz lehet igazítani az elektromos meghajtáshoz. Az amerikai kormánynak az üzemanyag-előállító képesség létrehozására irányuló céljai között számos alkalmazási terület szerepel, beleértve a nukleáris meghajtást.

A NASA a DOE-val együttműködve, új üzemanyagokat fejleszt és tesztel, amelyek alacsony dúsítású uránt tartalmaznak. Így ellenőrizhetik, hogyan teljesítenek a nukleáris termikus meghajtáshoz szükséges extrém hő- és sugárzási környezetben. A közös munkába bevonták más iparágak résztvevőit és több egyetemet, hogy üzemanyagmintákat helyezzenek el az Idaho National Laboratory átmeneti reaktor tesztlétesítményében (TREAT) és a Massachusetts Institute of Technology Nuclear Reactor Laboratory nukleáris kísérleti laboratóriumában.

– magyarázta Anthony Calomino, a NASA nukleáris technológiai portfóliójának vezetője az STMD -ben.

Míg a motor nagy része alacsonyabb hőmérsékleten működik, a reaktor üzemanyagával közvetlenül érintkező anyagoknak el kell viselniük a nagyjából 2538 Celsius fok feletti hőmérsékletet. A NASA és a DOE az ipari résztvevőkkel dolgozik az életképes megközelítésen, melyhez most előzetes terveket készítenek.

Bármelyik hajtási rendszert is választják végül, a nukleáris meghajtás alapjai lehetővé teszik a Holdon túli sikeres kutatást. A NASA folytatja a különféle meghajtási technológiák fejlesztését és tesztelését a kockázat csökkentése, illetve a Mars közlekedési struktúrájának megalkotása érdekében.

(illusztrációk: NASA)