Plani i ri i raketave bërthamore i NASA-s synon të arrijë në Mars në vetëm 45 ditë

Ne jetojmë në një epokë të rinovimit të eksplorimit të hapësirës, ku agjenci të shumta po planifikojnë të dërgojnë astronautë në Hënë në vitet e ardhshme. Kjo do të pasohet në dekadën e ardhshme me misione me ekuipazh në Mars nga NASA dhe Kina, të cilëve mund t’u bashkohen vende të tjera së shpejti.

Këto dhe misione të tjera që do t’i çojnë astronautët përtej Orbitës së Ulët të Tokës (LEO) dhe sistemit Tokë-Hënë kërkojnë teknologji të reja, duke filluar nga mbështetja e jetës dhe mbrojtja nga rrezatimi deri te fuqia dhe shtytja.

Dhe kur bëhet fjalë për këtë të fundit, Propulsioni Bërthamor Termik dhe Elektrik Bërthamor (NTP/NEP) është një pretendent kryesor!

NASA dhe programi hapësinor Sovjetik shpenzuan dekada duke hulumtuar për shtytje bërthamore gjatë Garës Hapësinore.

Disa vite më parë, NASA rindez programin e saj bërthamor me qëllim të zhvillimit të shtytjes bimodale bërthamore – një sistem dypjesësh i përbërë nga një element NTP dhe NEP – që mund të mundësojë kalimin në Mars në 100 ditë.

Si pjesë e programit të koncepteve të avancuara inovative të NASA-s (NIAC) për vitin 2023, NASA zgjodhi një koncept bërthamor për zhvillimin e Fazës I. Kjo klasë e re e sistemit shtytës bërthamor bimodal përdor një “cikël të ngritjes së rotorit me valë” dhe mund të zvogëlojë kohën e kalimit në Mars në vetëm 45 ditë.

Propozimi, i titulluar “Bimodal NTP/NEP me një cikël të ngritjes së rotorit me valë”, u parashtrua nga Prof. Ryan Gosse, Drejtues i Zonës së Programit Hypersonics në Universitetin e Floridës dhe një anëtar i ekipit të Kërkimit të Aplikuar në Inxhinieri në Florida (FLARE). .

Propozimi i Gosse është një nga 14 të përzgjedhurit nga NAIC këtë vit për zhvillimin e Fazës I, i cili përfshin një grant prej 12,500 dollarësh për të ndihmuar në maturimin e teknologjisë dhe metodave të përfshira. Propozime të tjera përfshinin sensorë novatorë, instrumente, teknika prodhimi, sisteme të energjisë dhe më shumë.

Lëvizja bërthamore në thelb zbret në dy koncepte, të cilat të dyja mbështeten në teknologjitë që janë testuar dhe vërtetuar plotësisht.

Për shtytjen bërthamore termike (NTP), cikli përbëhet nga një shtytës bërthamor që ngroh hidrogjenin e lëngshëm (LH2), duke e kthyer atë në gaz hidrogjeni të jonizuar (plazmë) që më pas kanalizohet përmes grykave për të gjeneruar shtytje.

Janë bërë disa përpjekje për të ndërtuar një provë të këtij sistemi shtytës, duke përfshirë Project Rover, një përpjekje bashkëpunuese midis Forcave Ajrore të SHBA dhe Komisionit të Energjisë Atomike (AEC) që filloi në 1955.

Në vitin 1959, NASA mori përsipër nga USAF dhe programi hyri në një fazë të re kushtuar aplikimeve të fluturimeve në hapësirë. Kjo përfundimisht çoi në Motorin Bërthamor për Aplikimin e Automjeteve Raketore (NERVA), një reaktor bërthamor me bërthamë të ngurtë që u testua me sukses.

Me mbylljen e epokës Apollo në 1973, financimi i programit u reduktua në mënyrë drastike, duke çuar në anulimin e tij përpara se të kryhej ndonjë test fluturimi. Ndërkohë, sovjetikët zhvilluan konceptin e tyre NTP (RD-0410) midis 1965 dhe 1980 dhe kryen një test të vetëm tokësor përpara anulimit të programit.

Propulsioni bërthamor-elektrik (NEP), nga ana tjetër, mbështetet në një reaktor bërthamor për të siguruar energji elektrike për një shtytës me efekt Hall (motor jon), i cili gjeneron një fushë elektromagnetike që jonizon dhe përshpejton një gaz inert (si ksenoni) për të krijuar shtytje. Përpjekjet për të zhvilluar këtë teknologji përfshijnë Projektin Prometheus të Iniciativës për Sistemet Bërthamore të NASA-s (NSI) (2003-2005).

Të dy sistemet kanë avantazhe të konsiderueshme ndaj shtytjes kimike konvencionale, duke përfshirë një vlerësim më të lartë të impulsit specifik (Isp), efikasitetin e karburantit dhe densitetin praktikisht të pakufizuar të energjisë.

Ndërsa konceptet NEP dallohen për sigurimin e më shumë se 10,000 sekondave të Isp, që do të thotë se mund të mbajnë shtytje për afër tre orë, niveli i shtytjes është mjaft i ulët në krahasim me raketat konvencionale dhe NTP.

Nevoja për një burim energjie elektrike, thotë Gosse, ngre gjithashtu çështjen e refuzimit të nxehtësisë në hapësirë – ku konvertimi i energjisë termike është 30-40 përqind në rrethana ideale.

Dhe ndërsa dizajnet e NTP NERVA janë metoda e preferuar për misionet me ekuipazh në Mars dhe më gjerë, kjo metodë gjithashtu ka probleme duke siguruar fraksione adekuate të masës fillestare dhe përfundimtare për misionet e larta delta-v.

Kjo është arsyeja pse propozimet që përfshijnë të dyja metodat e shtytjes (bimodale) janë të favorizuara, pasi ato do të kombinonin avantazhet e të dyjave. Propozimi i Gosse kërkon një dizajn bimodal të bazuar në një reaktor NERVA me bërthamë solide që do të siguronte një impuls specifik (Isp) prej 900 sekondash, dyfishi i performancës aktuale të raketave kimike.

Cikli i propozuar i Gosse përfshin gjithashtu një mbingarkues me valë presioni – ose Rotor Vale (WR) – një teknologji e përdorur në motorët me djegie të brendshme që shfrytëzon valët e presionit të prodhuara nga reaksionet për të kompresuar ajrin e marrjes.

Kur çiftëzohet me një motor NTP, WR do të përdorte presionin e krijuar nga ngrohja e karburantit LH2 nga reaktori për të ngjeshur më tej masën e reagimit. Siç premton Gosse, kjo do të japë nivele shtytjeje të krahasueshme me atë të një koncepti NTP të klasës NERVA, por me një Isp prej 1400-2000 sekondash. Kur çiftohet me një cikël NEP, tha Gosse, nivelet e shtytjes rriten edhe më tej:

“Së bashku me një cikël NEP, cikli i punës Isp mund të rritet më tej (1,800-4,000 sekonda) me shtimin minimal të masës së thatë. Ky dizajn bimodal mundëson kalimin e shpejtë për misionet me njerëz (45 ditë në Mars) dhe revolucionarizon eksplorimin e thellë të hapësirës të Sistemit tonë Diellor”.

Bazuar në teknologjinë konvencionale të shtytjes, një mision me ekuipazh në Mars mund të zgjasë deri në tre vjet. Këto misione do të niseshin çdo 26 muaj kur Toka dhe Marsi janë në afërsi të tyre (aka. një opozitë Marsi) dhe do të kalonin një minimum prej gjashtë deri në nëntë muaj në tranzit.

Një tranzit prej 45 ditësh (gjashtë javë e gjysmë) do të reduktonte kohën e përgjithshme të misionit në muaj në vend të viteve. Kjo do të reduktonte ndjeshëm rreziqet kryesore që lidhen me misionet në Mars, duke përfshirë ekspozimin ndaj rrezatimit, kohën e kaluar në mikrogravitet dhe shqetësimet e lidhura me shëndetin.

Përveç shtytjes, ka propozime për dizajne të reja reaktorësh që do të siguronin një furnizim të qëndrueshëm me energji elektrike për misionet sipërfaqësore me kohëzgjatje të gjatë, ku energjia diellore dhe era nuk janë gjithmonë të disponueshme.

Shembujt përfshijnë reaktorin Kilopower të NASA-s duke përdorur teknologjinë Sterling (KRUSTY) dhe reaktorin hibrid të ndarjes/bashkimit të zgjedhur për zhvillimin e Fazës I nga përzgjedhja NAIC 2023 e NASA-s.

Këto dhe aplikacione të tjera bërthamore mund të mundësojnë një ditë misione me ekuipazh në Mars dhe vende të tjera në hapësirën e thellë, ndoshta më shpejt nga sa mendojmë!