 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
우리는 새로운 우주 탐험의 시대에 살고 있으며 여러 기관이 앞으로 몇 년 안에 우주 비행사를 달에 보낼 계획입니다. 향후 년 동안 NASA와 중국은 화성에 승무원을 보낼 것이며 다른 국가들도 곧 합류할 것입니다. 낮은 지구 궤도(LOO)와 지구-달 시스템을 넘어 우주비행사를 데려가는 이러한 임무와 다른 임무에는 생명 유지 및 방사선 보호에서 에너지 및 추진에 이르는 새로운 기술이 필요합니다. 그리고 후자의 경우 NTP/NEP(Nuclear Thermal and Nuclear Electric Propulsion)가 승리의 주요 경쟁자입니다!
2023 NASA Innovative Advanced Concepts(NIAC) 프로그램의 일환으로 NASA는 첫 번째 개발 단계로 핵 개념을 선택했습니다. 이 새로운 종류의 바이모달 원자력 발전소는 "로터 가속 파동 주기"를 사용하며 화성까지의 비행 시간을 45일로 단축할 수 있습니다.
Wave Rotor Acceleration Cycle을 사용한 Bimodal NTP/NEP라고 하는 이 제안은 플로리다 대학의 극초음속 프로그램 책임자이자 FLARE(Florida Program for Applied Research in Engineering) 팀의 구성원인 Ryan Gosse 교수가 제안했습니다. Gosse의 제안은 올해 NAIC가 프로젝트와 관련된 기술 및 방법을 개발하는 데 도움이 되는 14달러의 보조금을 포함하는 첫 번째 개발 단계를 위해 선택한 12개 제안 중 하나입니다. 다른 제품에는 혁신적인 센서, 계측, 제조 기술, 전력 시스템 등이 포함됩니다.
원자력은 기본적으로 두 가지 개념으로 요약되며, 둘 다 철저한 테스트와 검증을 거친 기술에 의존합니다. NTP(Nuclear Thermal Propulsion)의 경우 사이클은 액체 수소(LH2)를 가열하여 이온화된 수소 가스(플라즈마)로 전환한 다음 노즐을 통해 추진력을 생성하는 원자로로 구성됩니다. 프로젝트를 포함하여 이 추진 시스템의 테스트 버전을 만들기 위한 여러 시도가 있었습니다. 로버, 1955년에 시작된 미 공군과 원자력 위원회의 공동 프로젝트.
1959년에 NASA가 미 공군을 인수하면서 프로그램은 우주 비행 응용 분야에 전념하는 새로운 단계에 들어섰습니다. 궁극적으로 이는 성공적으로 테스트된 고체 노심 원자로인 NERVA(Nuclear Propulsion for Rocket Vehicles)로 이어졌습니다. 1973년 아폴로 시대가 끝나자 프로그램 자금이 대폭 삭감되어 비행 테스트가 실시되기 전에 취소되었습니다.
반면에 원자력 전기 추진(NEP)은 추력을 생성하기 위해 불활성 가스(예: 크세논)를 이온화하고 가속하는 전자기장을 생성하는 홀 효과 추진기(이온 추진기)에 동력을 공급하기 위해 원자로에 의존합니다. 이 기술을 개발하려는 노력에는 NSI(Nuclear Systems Initiative)에 따른 NASA의 Prometheus 프로젝트가 포함됩니다.
두 시스템 모두 기존의 화학 엔진에 비해 더 높은 비충격(Isp), 연료 효율 및 거의 무제한의 에너지 밀도를 포함하여 상당한 이점이 있습니다. 10초 이상의 특정 충격력, 즉 거의 시간 동안 추력을 유지할 수 있다는 점에서 개념이 다르지만 추력 수준은 기존 로켓 및 NTP에 비해 상당히 낮습니다.
Gosse는 전력원에 대한 필요성이 열 에너지 변환이 이상적인 조건에서 30-40%인 우주에서의 열 소산 문제를 제기한다고 말했습니다. 그리고 NERVA의 NTP 설계는 화성과 그 너머에 대한 유인 임무를 위한 최선의 방법이지만, 이 방법은 또한 높은 델타 서지 임무를 위한 적절한 초기 및 최종 질량 분율을 제공하는 데 문제가 있습니다.
이것이 두 가지 이동 방법(바이모달)을 포함하는 제안이 두 가지 장점을 결합하기 때문에 선호되는 이유입니다. Gosse의 제안은 NERVA 고체 연료 원자로를 기반으로 하는 바이모달 설계를 포함하며, 이는 화학 로켓의 현재 성능의 두 배인 900초의 비충격(Isp)을 제공합니다.
Gosse가 제안한 사이클에는 흡기의 압축 반응에 의해 생성된 압력파를 사용하는 내연기관에 사용되는 기술인 웨이브 압력 부스터 또는 웨이브 로터(WR)도 포함됩니다.
NTP 엔진과 함께 WR은 반응 물질을 더 압축하기 위해 원자로에서 LH2 연료를 가열하여 생성된 압력을 사용합니다. Gosse가 약속한 대로 이것은 NERVA급 NTP 개념과 비슷한 추력 수준을 제공하지만 발사 시간은 1400-2000초입니다. NEP 주기와 결합하면 갈망 수준이 훨씬 더 높아진다고 Gosse는 말합니다.
재래식 엔진을 사용하는 경우 유인 화성 임무는 최대 26년 동안 지속될 수 있습니다. 이 임무는 지구와 화성이 가장 가까운 거리에 있을 때(소위 화성의 대립) 개월마다 발사되며 이동하는 데 최소 ~개월이 소요됩니다.
45일(주 반)의 통과는 총 임무 시간을 몇 년이 아닌 몇 달로 단축할 것입니다. 이것은 방사선 노출, 미세 중력에서 보내는 시간 및 관련 건강 문제를 포함하여 화성 임무와 관련된 주요 위험을 크게 줄일 것입니다.
발전소 외에도 태양광 및 풍력 발전이 항상 제공되지 않는 장기 지상 임무를 위해 안정적인 전력 공급을 제공하는 새로운 원자로 설계에 대한 제안이 있습니다.
예를 들면 NASA의 스털링 기술을 사용하는 킬로와트 원자로(KRUSTY)와 NAIC 2023 프로그램에 따라 NASA의 첫 번째 개발 단계로 선택된 핵분열/융합 하이브리드 원자로가 있습니다. 이러한 기술과 기타 핵 기술은 언젠가 화성 및 기타 우주 공간에 유인 임무를 가능하게 할 수 있습니다. , 어쩌면 우리가 생각하는 것보다 더 빨리!
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