우리는 새로운 우주 탐험의 시대에 살고 있으며 많은 기관에서 우주 비행사를 보낼 계획입니다. 달 앞으로 몇 년 안에. 이것은 다음 10년 안에 유인 임무에 의해 뒤따를 것입니다. 화성 머지않아 다른 국가들이 합류할 수 있는 NASA와 중국에 의해.
저궤도(LEO)와 지구-달 시스템을 넘어 우주비행사를 데려가는 이러한 임무와 다른 임무에는 생명 유지 및 방사선 보호에서 에너지 및 추진에 이르기까지 새로운 기술이 필요합니다.
그리고 후자의 경우, 열핵 및 핵 전기 추진 (NTP/NEP)가 최고의 경쟁자입니다!
NASA와 소련 우주 프로그램은 우주 경쟁 중에 핵 추진을 연구하는 데 수십 년을 보냈습니다.
몇 년 전 NASA에서 핵 프로그램 재점화 NTP와 NEP 구성 요소로 구성된 두 부분으로 구성된 시스템인 바이모달 핵 추진을 개발하기 위해 100일 후의 화성.
의 일부로 진보된 혁신적인 NASA 개념 (NIAC) 2023년 NASA는 1단계 개발을 위해 핵 개념을 선택했습니다. 이 새로운 종류의 바이모달 핵 추진 시스템은 “로터리 웨이브 사이클 토핑화성까지의 이동 시간을 단 45일로 단축할 수 있습니다.
제안서의 제목은로터리 웨이브 사이클 토핑이 있는 듀얼 모드 NTP/NEP,” 플로리다 대학교 극초음속 프로그램의 지역 의장이자 플로리다 대학교 회원인 Ryan Goss 교수 플로리다 공학 응용 연구 플레어 팀.
Gosse의 제안은 올해 NAIC가 1단계 개발을 위해 선택한 14개 제안 중 하나이며 여기에는 사용된 기술 및 방법을 성숙시키는 데 도움이 되는 12,500달러의 보조금이 포함됩니다. 다른 제안에는 센서, 도구, 제조 기술, 혁신적인 전력 시스템 등이 포함됩니다.
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핵 추진은 본질적으로 두 가지 개념으로 귀결되며, 둘 다 엄격하게 테스트되고 검증된 기술을 기반으로 합니다.
핵 열 추진(NTP)의 경우, 사이클은 원자로의 추진제 가열 액체 수소(LH2)로 구성되어 이를 이온화된 수소 가스(플라즈마)로 변환한 다음 노즐을 통해 유입되어 추력을 생성합니다.
이 추진 시스템의 테스트를 구축하기 위해 몇 가지 시도가 있었습니다. 로버 프로젝트1955년에 시작된 USAF와 원자력 위원회(AEC) 간의 협력 노력.
1959년에 NASA는 USAF로부터 임무를 인계받았고 프로그램은 우주 비행 응용 프로그램에 전념하는 새로운 단계에 진입했습니다. 이것은 결국 미사일 차량용 핵엔진 (Nerva), 성공적으로 테스트된 고체 원자로.
1973년 Apollo Era가 종료되면서 프로그램에 대한 자금이 극적으로 삭감되어 비행 테스트가 시작되기 전에 취소되었습니다. 한편 소련은 자체 NTP 개념(RD-0410) 프로그램이 취소되기 전에 1965년에서 1980년 사이에 한 번의 지상 테스트를 수행했습니다.
반면 NEP(Nuclear Electric Propulsion)는 원자로에 전기를 공급하여 홀 효과 동기 (이온 엔진)은 불활성 가스(예: 크세논)를 이온화하고 가속하여 추진력을 생성하는 전자기장을 생성합니다. 이 기술을 개발하려는 시도에는 NASA가 포함됩니다. 원자력 시스템 이니셔티브 (INS) 프로메테우스 프로젝트(2003~2005).
두 시스템 모두 기존의 화학 추진에 비해 더 높은 특정 추진(Isp) 등급, 연료 효율성 및 거의 무제한의 에너지 밀도를 포함하여 상당한 이점이 있습니다.
NEP 개념은 10,000개 이상의 ISp를 절약하여 거의 3시간 동안 추력을 유지할 수 있지만 추력 수준은 기존 및 NTP 미사일에 비해 매우 낮습니다.
전력원의 필요성은 또한 열을 우주로 방출하는 문제를 제기한다고 Gosse는 말합니다. 이상적인 조건에서 열 에너지 변환은 30~40%입니다.
그리고 NTP NERVA 설계는 화성과 그 너머에 대한 유인 임무에 선호되는 방법이지만, 이 방법은 또한 높은 델타 V 임무에 충분한 초기 및 최종 질량 분율을 제공하는 데 문제가 있습니다.
이것이 두 지불 방법(바이모달)을 포함하는 제안이 선호되는 이유입니다. 두 방법의 장점을 결합하기 때문입니다. Gosse의 제안은 현재 화학 로켓 성능의 두 배인 900초의 지시 임펄스(Isp)를 전달하는 솔리드 코어 NERVA 원자로를 기반으로 하는 바이모달 설계를 요구합니다.
제안된 Gosse 사이클에는 흡입 공기의 압력에 대한 피드백에 의해 생성된 압력파를 활용하는 내연 기관에 사용되는 기술인 압력파 과급기 또는 Wave Rotor(WR)도 포함됩니다.
NTP 엔진과 짝을 이룰 때 WR은 반응 물질을 더 압축하기 위해 LH2 연료를 가열하는 원자로에 의해 생성된 압력을 사용합니다. Gosse가 약속한 대로 이것은 NERVA급 NTP 개념과 유사한 추력 수준을 제공하지만 ISP는 1400-2000s입니다. NEP 사이클과 결합하면 그는 말했다 Gosse, 푸시 레벨이 더욱 향상되었습니다.
“NEP 사이클과 함께 ISp 듀티 사이클(1800-4000초)은 최소한의 건조 질량 추가로 증가할 수 있습니다. 이 이중 모드 설계는 유인 임무(화성까지 45일)를 위한 신속한 전송을 가능하게 하고 심우주에 혁명을 일으킵니다. 우리 태양계 탐사” .
재래식 추진 기술을 기반으로 화성에 유인 임무를 수행하는 데 최대 3년이 걸릴 수 있습니다. 이 임무는 지구와 화성이 가장 가까운 지점(일명 화성 반대)에 있을 때 26개월마다 발사되며 이동하는 데 최소 6~9개월이 소요됩니다.
45일(6주 반) 운송은 총 작업 시간을 몇 년이 아닌 몇 달로 단축합니다. 이것은 방사선 노출, 미세 중력에서 보내는 시간 및 관련 건강 문제를 포함하여 화성 임무와 관련된 주요 위험을 크게 줄일 것입니다.
추진력 외에도, 태양광 및 풍력 발전이 항상 이용 가능하지 않은 장기 지상 임무를 위한 안정적인 전력원을 제공할 새로운 원자로 설계에 대한 제안이 있습니다.
예를 들면 NASA가 있습니다. 스털링 기술을 사용하는 킬로파워 원자로 (크러스티)에프 하이브리드 핵분열/융합 원자로 NASA의 NAIC 2023 선정으로 개발 1단계로 선정되었습니다.
이들과 다른 핵 응용 프로그램은 언젠가 우리가 생각하는 것보다 더 빨리 화성과 다른 우주 공간에 유인 임무를 가능하게 할 수 있습니다!