Güneş Sistemi gerçekten büyük bir yer ve geleneksel kimyasal roketlerle dünyadan dünyaya seyahat etmek sonsuza dek sürüyor. Ancak 1960'larda geliştirilen bir teknik seyahat sürelerimizi önemli ölçüde kısaltmanın bir yolunu sağlayabilir: nükleer roketler.
Tabii ki, radyoaktif malzeme ile güçlendirilmiş bir roket fırlatmanın da kendi riskleri var. Denemeli miyiz?
Kimyasal bir roket kullanarak Mars'ı ziyaret etmek istediğinizi varsayalım. Dünya'dan patlar ve düşük Dünya yörüngesine girersiniz. Ardından, doğru anda, roketinizi fırlatarak yörüngenizi Güneş'ten yükseltirsiniz. İzlediğiniz yeni eliptik yörünge sekiz aylık uçuşun ardından Mars'la kesişiyor.
Bu Hohmann transferi olarak bilinir ve en az miktarda itici ve en büyük taşıma yükünü kullanarak uzayda nasıl seyahat edeceğimizi bilmenin en etkili yoludur. Sorun elbette, gereken zamandır. Yolculuk boyunca astronotlar yiyecek, su, hava tüketecek ve derin uzayın uzun süreli radyasyonuna maruz kalacaklar. Sonra bir geri dönüş görevi kaynak ihtiyacını ve radyasyon yükünü iki katına çıkarır.
Daha hızlı gitmemiz gerekiyor.
NASA, yaklaşık 50 yıldır kimyasal roketlerden sonra ne olacağını düşünüyor.
Nükleer termal roketler. Kesinlikle yolculuğu hızlandırıyorlar, ancak kendi riskleri olmadan değiller, bu yüzden onları görmediniz. Ama belki zamanları burada.
1961'de NASA ve Atom Enerjisi Komisyonu nükleer termal tahrik veya NTP fikri üzerinde birlikte çalıştı. Bu, insan misyonlarının 1980'lerde nükleer roketlerin kanatlarında Mars'a uçacağını umduran Werner von Braun tarafından öncülük edildi.
Bu olmadı. Fakat nükleer termal tahrikin başarılı testlerini yaptılar ve işe yaradığını gösterdiler.
Bir kimyasal roket bir tür yanıcı kimyasal madde tutuşturup daha sonra egzoz gazlarını bir memeden dışarı zorlayarak çalışır. İyi eski Newton’un üçüncü yasası sayesinde, bilirsiniz, her eylem için eşit ve zıt bir tepki vardır, roket, dışarı atılan gazlardan zıt yönde bir itme alır.
Nükleer bir roket de benzer şekilde çalışır. Mermer boyutlu bir Uranyum yakıt bilyesi fisyon sürecinden geçerek muazzam miktarda ısı açığa çıkarır. Bu, bir hidrojeni yaklaşık 2.500 ° C'ye kadar ısıtır, bu daha sonra roketin arkasını yüksek hızda dışarı atar. Çok çok yüksek hız, rokete kimyasal bir roketin tahrik verimliliğini iki ila üç kat verir.
Kimyasal bir roket için bahsettiğim 8 ayı hatırlıyor musun? Bir nükleer termal roket geçiş süresini yarıya indirebilir, belki de Mars'a 100 günlük geziler bile. Bu, astronotlar tarafından daha az kaynak tüketilmesi ve daha düşük radyasyon yükü anlamına gelir.
Ve başka bir büyük yararı daha var. Bir nükleer roketin itilmesi, Dünya ve Mars mükemmel bir şekilde hizalanmadığında görevlerin gitmesine izin verebilir. Şu anda pencerenizi kaçırırsanız, 2 yıl daha beklemeniz gerekir, ancak nükleer bir roket size uçuş gecikmeleriyle başa çıkma gücünü verebilir.
Nükleer roketlerin ilk testleri 1955 yılında Project Rover ile Los Alamos Bilimsel Laboratuvarı'nda başladı. Kilit gelişme, reaktörleri bir rokete yerleştirebilecek kadar minyatürleştirmektir. Önümüzdeki birkaç yıl içinde, mühendisler farklı boyutlarda ve güç çıkışlarında bir düzineden fazla reaktör inşa etti ve test etti.
Project Rover'ın başarısı ile NASA, Mars'taki Ay'daki Apollo topraklarını takip edecek insan misyonlarına odaklandı. Mesafe ve uçuş süresi nedeniyle, nükleer roketlerin misyonları daha yetenekli hale getirmenin anahtarı olacağına karar verdiler.
Nükleer roketler elbette riskleri yok. Gemideki bir reaktör, gemideki astronot mürettebatına küçük bir radyasyon kaynağı olacak, bu, uçuş süresinin azalmasıyla daha ağır basacaktır. Derin uzayın kendisi, sürekli galaktik kozmik radyasyonun astronot DNA'ya zarar verdiği büyük bir radyasyon tehlikesi.
1960'ların sonlarında NASA, insanları Mars'a götürecek nükleer roketler olacak teknolojileri geliştirerek Roket Aracı için Nükleer Motor veya NERVA'yı kurdu.
Nevada çölünde daha büyük, daha güçlü nükleer roketleri test ettiler ve yüksek hızlı hidrojen gazını atmosfere doğru havalandırdılar. Çevre yasaları o zamanlar çok daha az katıydı.
İlk NERVA NRX, neredeyse iki saat boyunca test edildi ve 28 dakika tam güçle test edildi. İkinci bir motor 28 kez çalıştırıldı ve 115 dakika sürdü.
Sonunda, şimdiye kadar yapılmış en güçlü nükleer reaktör olan Phoebus-2A reaktörünü test ederek 4.000 megavat güç üretebildiler. 12 dakika itme.
Çeşitli bileşenler hiçbir zaman uçuşa hazır bir rokete monte edilmemiş olsa da, mühendisler nükleer bir roketin Mars'a bir uçuşun ihtiyaçlarını karşılayacağından memnunlardı.
Ama sonra ABD artık Mars'a gitmek istemediğine karar verdi. Bunun yerine uzay mekiğini istiyorlardı.
Program 1973'te kapatıldı ve o zamandan beri kimse nükleer roketleri test etmedi.
Ancak teknolojideki son gelişmeler nükleer termal tahriki daha cazip hale getirdi. 1960'larda kullanabilecekleri tek yakıt kaynağı oldukça zenginleştirilmiş uranyumdu. Ama şimdi mühendisler düşük zenginleştirilmiş uranyum ile geçebileceklerini düşünüyorlar.
Bu, çalışmak için daha güvenli olacak ve daha fazla roket tesisinin test yapmasına izin verecektir. Ayrıca egzozdaki radyoaktif parçacıkları yakalamak ve uygun şekilde atmak daha kolay olacaktır. Bu teknoloji ile çalışmanın toplam maliyetini düşürecektir.
22 Mayıs 2019'da ABD Kongresi nükleer termal sevk roketlerinin geliştirilmesi için 125 milyon dolarlık fonu onayladı. Bu programın NASA'nın Artemis 2024'te Ay'a dönüşünde oynayacağı herhangi bir rolü olmamasına rağmen - alıntı - “NASA'yı uzay gösterisiyle ilişkili zaman çizelgesi de dahil olmak üzere nükleer bir ısı tahriki gösterimi sağlayan çok yıllık bir plan geliştirmeye çağırıyor ve bu yeteneğin sağlayacağı gelecekteki görevlerin, tahrik ve güç sistemlerinin açıklaması. ”
Nükleer fisyon, atomun gücünü kullanmanın bir yoludur. Tabii ki, zenginleştirilmiş uranyum gerektirir ve toksik radyoaktif atık üretir. Füzyon ne olacak? Hidrojen atomları nerede enerji salarak helyuma sıkılır?
Güneş, muazzam kütle ve çekirdek sıcaklığı sayesinde füzyon çalıştı, ancak sürdürülebilir, enerji pozitif füzyon bizleri cılız insanlar tarafından anlaşılması zor oldu.
Avrupa'da ITER gibi büyük deneyler, önümüzdeki on yıl içinde füzyon enerjisini sürdürmeyi umuyor. Bundan sonra, füzyon reaktörlerinin bir nükleer rokette bir fisyon reaktörü ile aynı role sahip olabilecekleri noktaya kadar minyatürleştiklerini hayal edebilirsiniz. Ancak füzyon reaktörlerini net enerji pozitif oldukları noktaya getiremeseniz bile, yine de kütle miktarı için muazzam bir hızlanma sağlayabilirler.
Ve belki onlarca yıl beklememiz gerekmiyor. Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı'ndaki bir araştırma grubu, Direct Fusion Drive adı verilen ve daha erken hazır olabileceğini düşündükleri bir konsept üzerinde çalışıyor.
Samuel Cohen tarafından 2002 yılında geliştirilen Princeton Field-Reversed Configuration füzyon reaktörü temel alınmıştır. Helyum-3 ve döteryumun sıcak plazması manyetik bir kapta bulunur. Helyum-3 Dünya'da nadirdir ve değerlidir çünkü onunla füzyon reaksiyonları, diğer füzyon veya fisyon reaktörleri ile aynı miktarda tehlikeli radyasyon veya nükleer atık üretmez.
Fisyon roketinde olduğu gibi, bir füzyon roketi bir iticiyi yüksek sıcaklıklara ısıtır ve ardından arkaya doğru fırlatarak itme üretir.
Çok sıcak plazma içeren ve döndüren bir grup lineer mıknatısları sıralayarak çalışır. Plazma çevresindeki antenler iyonların spesifik frekansına ayarlanır ve plazmada bir akım oluşturur. Enerjileri, atomların kaynaştığı noktaya kadar pompalanır ve yeni parçacıklar bırakır. Bu parçacıklar, manyetik alan çizgileri tarafından yakalanana ve roketin arkasından hızlanana kadar çevreleme alanında dolaşırlar.
Teoride, bir füzyon roketi, megawatt başına 2,5 ila 5 Newton itme gücü sağlayabilir, 10.000 saniyelik özel bir dürtü - fisyon roketlerinden 850 ve kimyasal roketlerden 450'yi hatırlayın. Ayrıca, güneş panellerinin çok verimli olmadığı Güneş'ten uzak uzay aracının ihtiyaç duyduğu elektrik üretecektir.
Bir Direct Fusion Drive, sadece 2 yıl içinde Satürn'e 10 tonluk bir görev veya yaklaşık 4 yıl içinde Dünya'dan Pluto'ya 1 tonluk bir uzay aracı taşıyabilir. Yeni Ufuklar neredeyse 10'a ihtiyaç duyuyordu.
Aynı zamanda 1 megavatlık bir füzyon reaktörü olduğu için, geldiğinde tüm uzay aracının aletleri için güç sağlayacaktır. Voyager ve New Horizons gibi derin uzay misyonları tarafından taşınan nükleer pillerden çok daha fazlası.
Bu teknoloji ile de ne tür yıldızlararası görevlerin masada olabileceğini hayal edin.
Princeton Satellite Systems, bu tür sistemler üzerinde çalışan tek grup değil. Uygulamalı Füzyon Sistemleri, uzay aracına itme gücü sağlayabilecek bir nükleer füzyon motoru için patent başvurusunda bulundu.
NASA'nın nükleer roketleri uçuş sürelerini kısaltmanın bir yolu olarak ciddi şekilde test etmesinden bu yana on yıllar geçtiğini biliyorum, ancak teknoloji geri döndü. Önümüzdeki birkaç yıl içinde yeni donanım ve nükleer termal tahrik sistemlerinin yeni testlerini görmeyi umuyorum. Bizi diğer dünyalara götüren gerçek füzyon tahrikleri olasılığından inanılmaz heyecan duyuyorum. Her zaman olduğu gibi, bizi izlemeye devam edin, biri gerçekten uçtuğunda size haber vereceğim.
