Ταξίδι στον Άρη: Η χρήση πυρηνικών πυραύλων θα μειώσει τον χρόνο στο μισό

Η NASA σχεδιάζει να δρομολογήσει μια επανδρωμένη αποστολή με προορισμό τον πλανήτη Άρη μέσα στην επόμενη δεκαετία, αν και δεν έχει ακόμη καθορίσει ημερομηνία. Η οντότητα των προκλήσεων που πρέπει να επιλυθούν πριν από την αποστολή ανθρώπων στον Άρη είναι τιτάνια και μία από αυτές τις προκλήσεις συνδέεται στενά με τον χρόνο που είναι απαραίτητο να επενδυθεί για το ταξίδι.

Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία των σημερινών πυραύλων, το ταξίδι στον Άρη θα διαρκέσει μεταξύ έξι και εννέα μηνών. Ωστόσο, η ανάπτυξη της πυρηνικής θερμικής προώθησης μπορεί να συντομεύσει σημαντικά αυτόν τον χρόνο και μάλιστα στο μισό. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ειδικών, με τη χρήση πυρηνικών θερμικών προωθητικών πυραύλων το ταξίδι στον Άρη θα μπορούσε να διαρκέσει τρεις ή τέσσερις μήνες, οπότε θα ήταν πολύ λιγότερο απαιτητικό από την άποψη της υγείας των αστροναυτών και, επιπλέον, θα επέτρεπε να επενδυθούν λιγότεροι πόροι στην αποστολή.

Τα συμβατικά χημικά συστήματα προώθησης που χρησιμοποιούνται σήμερα στους πυραύλους καταφεύγουν σε μια χημική αντίδραση στην οποία συμμετέχουν ένα ελαφρύ προωθητικό, όπως το υδρογόνο, και ένα οξειδωτικό. Όταν αναμιγνύονται, η ανάφλεξη γίνεται αμέσως, έτσι ώστε ο έλικας να πυροδοτείται μέσω του ακροφυσίου και να παράγει την απαραίτητη ώθηση για την πρόωση του πυραύλου. Σε γενικές γραμμές, αυτή είναι η τεχνολογία που χρησιμοποιούν τα διαστημικά οχήματα.

Η στρατηγική που προτείνεται από την πυρηνική θερμική πρόωση είναι πολύ διαφορετική. Η πυρηνική σχάση είναι μια γνωστή αντίδραση που χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας και σε υποβρύχια εξοπλισμένα με πυρηνική πρόωση από τα μέσα της δεκαετίας του 1950. Συνήθως στις αντιδράσεις επαγόμενης σχάσης ένας πυρήνας ουρανίου-235 απορροφά ένα νετρόνιο, δημιουργεί έναν πυρήνα ουρανίου-236, ο οποίος είναι ασταθής, και ο τελευταίος διαιρείται σε δύο πυρήνες, έναν του βαρίου-144 και έναν του κρυπτονίου-89, και εκπέμπει επίσης δύο ή τρία νετρόνια.

Η σχάση που χρησιμοποιείται στην πυρηνική θερμική πρόωση είναι ουσιαστικά πανομοιότυπη με αυτή που μόλις περιγράψαμε, αλλά το καύσιμο που χρησιμοποιείται περιέχει περισσότερο ουράνιο-235, οπότε ο εμπλουτισμός του είναι μεγαλύτερος από αυτόν, για παράδειγμα, των ράβδων καυσίμου που χρησιμοποιούνται στους πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, οι αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν πυρηνική πρόωση λειτουργούν σε υψηλότερη θερμοκρασία από εκείνους που χρησιμοποιούν χημική πρόωση, γεγονός που τους καθιστά πιο ισχυρούς και συμπαγείς.

Στην πραγματικότητα, τα συστήματα πυρηνικής θερμικής πρόωσης έχουν περίπου δέκα φορές μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος από έναν συμβατικό αντιδραστήρα ελαφρού νερού. Ως αποκορύφωμα, αυτό που μας ενδιαφέρει να μάθουμε είναι ότι τα συστήματα πυρηνικής θερμικής πρόωσης έχουν κατά προσέγγιση διπλάσια ειδική ώθηση από τους χημικούς πυραύλους, οπότε, στα χαρτιά, έχουν τη δυνατότητα να μειώσουν κατά το ήμισυ τη διάρκεια του ταξιδιού στον Άρη.

Είναι ενδιαφέρον ότι η κυβέρνηση των ΗΠΑ έχει χρηματοδοτήσει προγράμματα ανάπτυξης πυρηνικής θερμικής πρόωσης από τα μέσα της δεκαετίας του 1950. Έκτοτε, έχουν δοκιμαστεί δεκάδες σχέδια, αλλά οι αντιδραστήρες ενός διαστημικού οχήματος, εκτός από το να παρέχουν υψηλή ειδική ώθηση και να είναι όσο το δυνατόν ελαφρύτεροι, πρέπει να είναι ασφαλείς και να μην χρησιμοποιούν ιδιαίτερα εμπλουτισμένο ουράνιο. Και, φυσικά, πρέπει να είναι σε θέση να λειτουργούν εγγυημένα καθ' όλη τη διάρκεια της διαστημικής αποστολής.

Η NASA σκοπεύει να δοκιμάσει έναν πυρηνικό θερμικό κινητήρα προώθησης στο Διάστημα το 2027, οπότε είναι πιθανό η τεχνολογία αυτή να είναι απαραίτητη για την εξερεύνηση του Άρη και ακόμα παραπέρα.

[via]