Vivemos em uma era de exploração espacial renovada, na qual muitas agências planejam enviar astronautas Lua nos próximos anos. Isto será seguido na próxima década por missões tripuladas para Marte pela NASA e China, que podem se juntar a outros países em breve.
Essas e outras missões que levarão os astronautas além da órbita baixa da Terra (LEO) e do sistema Terra-Lua exigem novas tecnologias, desde suporte à vida e proteção contra radiação até energia e propulsão.
E quando se trata deste último, Propulsão termoelétrica nuclear e nuclear (NTP/NEP) é o melhor concorrente!
A NASA e o programa espacial soviético passaram décadas pesquisando a propulsão nuclear durante a corrida espacial.
Há alguns anos, a NASA reacendeu seu programa nuclear Com o objetivo de desenvolver a propulsão nuclear bimodal – um sistema de duas partes que consiste em um elemento NTP e NEP – que poderia permitir a travessia em Marte em 100 dias.
como parte de Conceitos Inovadores Avançados da NASA (NIAC) para 2023, a NASA selecionou um conceito nuclear para o desenvolvimento do primeiro estágio. Esta nova classe de sistema de propulsão nuclear bimodal usa “Cobertura do ciclo da onda de vertigemE poderia reduzir o tempo de trânsito para Marte para apenas 45 dias.
A proposta é intituladaNTP/NEP de modo duplo com cobertura de ciclo de onda rotativa,” pelo professor Ryan Goss, chefe de área do Programa Hipersônico da Universidade da Flórida e membro da Universidade da Flórida Pesquisa Aplicada em Engenharia da Flórida Equipe FLARE.
A proposta de Gosse é uma das 14 selecionadas pelo NAIC este ano para a Fase 1 de desenvolvimento, que inclui uma doação de US$ 12.500 para ajudar a amadurecer a tecnologia e os métodos usados. Outras propostas incluíram sensores, ferramentas, tecnologias de fabricação, sistemas de energia inovadores e muito mais.
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A propulsão nuclear se resume essencialmente a dois conceitos, ambos baseados em tecnologias rigorosamente testadas e validadas.
Para a propulsão térmica nuclear (NTP), o ciclo consiste em um propelente aquecer o hidrogênio líquido (LH2) de um reator nuclear, convertendo-o em gás hidrogênio ionizado (plasma) que é então canalizado através de bocais para gerar empuxo.
Várias tentativas foram feitas para construir um teste deste sistema de propulsão, incl projeto roverum esforço colaborativo entre a USAF e a Atomic Energy Commission (AEC) lançado em 1955.
Em 1959, a NASA assumiu a missão da USAF, e o programa entrou em uma nova fase dedicada a aplicações de voos espaciais. Isso acabou levando a Motor nuclear para aplicação de veículo de mísseis (Nerva), que é um reator nuclear sólido testado com sucesso.
Com o encerramento da Era Apollo em 1973, o financiamento para o programa foi cortado drasticamente, levando ao seu cancelamento antes que qualquer teste de voo pudesse ocorrer. Enquanto isso, os soviéticos desenvolveram seu próprio conceito NTP (RD-0410) entre 1965 e 1980 e realizou um teste de solo antes do cancelamento do programa.
Por outro lado, a Propulsão Elétrica Nuclear (NEP) depende de um reator nuclear para fornecer eletricidade para Motivo do efeito Hall (motor de íons), que gera um campo eletromagnético que ioniza e acelera um gás inerte (como o xenônio) para criar impulso. As tentativas de desenvolver esta tecnologia incluem NASA Iniciativa de Sistemas Nucleares (INS) O Projeto Prometheus (2003 a 2005).
Ambos os sistemas têm vantagens significativas sobre a propulsão química convencional, incluindo uma classificação de propulsão específica (Isp) mais alta, eficiência de combustível e densidade de energia virtualmente ilimitada.
Embora os conceitos NEP tenham a vantagem de fornecer mais de 10.000 segundos ISp, o que significa que podem manter o impulso por quase três horas, o nível de impulso é muito baixo em comparação com os mísseis convencionais e NTP.
A necessidade de uma fonte de energia elétrica também levanta a questão de expelir calor para o espaço, diz Gosse – a conversão de energia térmica é de 30 a 40% em condições ideais.
E enquanto os projetos NTP NERVA são o método preferido para missões tripuladas a Marte e além, este método também tem problemas em fornecer frações de massa iniciais e finais suficientes para missões de alto delta-v.
É por isso que as propostas que incluem ambos os métodos de pagamento (bimodal) são preferidas, porque combinam as vantagens de ambos. A proposta de Gosse pede um projeto bimodal baseado no reator NERVA de núcleo sólido que forneceria um impulso indicado (Isp) de 900 segundos, o dobro do desempenho atual dos foguetes químicos.
O ciclo proposto por Gosse também inclui um superalimentador de ondas de pressão – ou Wave Rotor (WR) – uma tecnologia usada em motores de combustão interna que aproveita as ondas de pressão criadas pelo feedback para comprimir o ar de admissão.
Quando emparelhado com um motor NTP, o WR usa a pressão criada pelo reator que aquece o combustível LH2 para comprimir ainda mais a massa de reação. Conforme prometido por Gosse, isso fornecerá níveis de impulso semelhantes aos do conceito NTP da classe NERVA, mas com um ISP de 1400-2000s. Quando combinado com um ciclo NEP, Ele disse Gosse, os níveis de push foram aprimorados ainda mais:
“Em combinação com o ciclo NEP, o ciclo de trabalho ISP pode ser aumentado (1800-4000 segundos) com adição mínima de massa seca. Este projeto de modo duplo permite transferência rápida para missões tripuladas (45 dias para Marte) e revoluciona o exploração espacial do nosso sistema solar”.
Com base na tecnologia de propulsão convencional, uma missão tripulada a Marte pode durar até três anos. Essas missões serão lançadas a cada 26 meses quando a Terra e Marte estiverem em seu ponto mais próximo (também conhecido como oposição de Marte) e passarão pelo menos de seis a nove meses em trânsito.
Um trânsito de 45 dias (seis semanas e meia) reduziria o tempo total da tarefa para meses, em vez de anos. Isso reduziria muito os principais riscos associados às missões a Marte, incluindo exposição à radiação, tempo gasto em microgravidade e problemas de saúde relacionados.
Além da propulsão, há propostas para novos projetos de reatores que forneceriam uma fonte de energia estável para missões de superfície de longa duração, onde energia solar e eólica nem sempre estão disponíveis.
Exemplos incluem a NASA Reator Kilopower usando tecnologia Sterling (KRUSTY) f Reator híbrido de fissão/fusão Ele foi selecionado para a primeira fase de desenvolvimento pela seleção NAIC 2023 da NASA.
Estas e outras aplicações nucleares poderiam um dia permitir missões tripuladas a Marte e outros locais no espaço profundo, talvez mais cedo do que pensamos!
Este artigo foi originalmente publicado por o universo hoje. Ler o artigo original.
“Encrenqueiro. Viciado em mídia social. Aficionado por música. Especialista em cultura pop. Criador.”
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