NASA, uzay araştırmaları ve astrofiziğin geleceği için yeni nükleer roket konseptine yatırım yapıyor

Önümüzdeki yıllarda NASA, dünya dışı yaşamın kanıtlarını araştırmak için Venüs ve Mars’a birkaç astrobiyoloji misyonu göndermeyi planlıyor. Bunlar, Ay’a yapılacak mürettebatlı görevlerle (Apollo Dönemi’nden bu yana ilk kez) ve Mars’a yapılacak ilk mürettebatlı görevlerle birlikte gerçekleştirilecek.

İç güneş sisteminin ötesinde, Avrupa’ya, Titan’a ve egzotik yaşama ev sahipliği yapabilecek diğer “Okyanus Dünyalarına” robotik görevler göndermeye yönelik iddialı planlar var. Bu hedeflere ulaşmak için NASA, NASA Yenilikçi Gelişmiş Konseptler (NIAC) programı aracılığıyla bazı ilginç yeni teknolojilere yatırım yapıyor.

Bu yılın seçkisinde güneş enerjisiyle çalışan uçaklar, biyoreaktörler, ışık yelkenleri, kış uykusu teknolojisi, astrobiyoloji deneyleri ve nükleer tahrik teknolojisi yer alıyor. Bu, bir konsept içerir İnce Film İzotop Nükleer Motorlu Roket (TFINER), kıdemli teknik personel üyesi James Bickford ve Massachusetts merkezli bağımsız bir teknoloji geliştiricisi olan Charles Stark Draper Laboratuvarı’ndaki meslektaşları tarafından yapılan bir teklif.

Bu öneri, itici gücü oluşturmak için radyoaktif izotopların bozunmasına dayanıyor ve yakın zamanda NIAC tarafından seçilmişti. Aşama I geliştirme.

Teklif belgelerinin de belirttiği gibi, birçok yeni nesil görev konseptinin gerçekleştirilmesi için gelişmiş itiş gücü şarttır. Bunlar, güneşin yerçekimsel merceğinin odak noktasına bir teleskop göndermeyi ve geçmekte olan bir yıldızlararası nesneyle buluşmayı içerir. Bu görev konseptleri, geleneksel roketçilikle mümkün olmayan yüksek hızlar gerektirir.

Güneş sistemi ve Proxima Centauri içinde hızlı geçiş görevleri için ışın yelkenleri araştırılırken, derin uzayda gerekli itici manevraları yapamıyorlar.

Mevcut teknolojiyle mümkün olan nükleer kavramlar arasında, derin uzaydaki konumlara ulaşmak için gerekli itiş gücüne sahip nükleer-termal ve nükleer-elektrik tahrik (NTP/NEP) yer alıyor. Ancak Bickford ve ekibinin belirttiği gibi bunlar aynı zamanda büyük, ağır ve üretimi pahalıdır.

“Buna karşılık, uzaktaki ve hızla hareket eden yıldızlararası nesnelerden örnekleri aramak, buluşmak ve geri göndermek için yeterli kapasiteye sahip bir ince film nükleer izotop motoru öneriyoruz” diye yazıyorlar. “Aynı teknoloji, yerçekimsel mercek teleskopunun tek bir görevde çok sayıda yüksek değerli hedefi gözlemleyebileceği şekilde yeniden konumlandırılmasına olanak tanıyor.”

Temel konsept, güneş yelkenine benzer, tek farkı, itme kuvveti oluşturmak için bozunma ürünlerinin momentumunu kullanan radyoaktif izotopun ince tabakalarına dayanmasıdır.

Tanımladıkları gibi, temel tasarım yaklaşık ~10 mikrometre (0,01 mm) kalınlığında Toryum-228 tabakalarını içeriyor. Bu doğal olarak radyoaktif metal (tipik olarak radyasyon terapisinde kullanılır), 1,9 yıllık bir yarı ömürle alfa bozunmasına uğrar. İtme kuvveti, bir tarafın ~50 mikrometre (0,05 mm) kalınlığında bir soğurucu katmanla kaplanması ve alfa parçacıklarının hareket yönünün tersi yönde zorlanmasıyla üretilir.

Uzay aracı, 250 m’nin üzerinde bir alana yayılmış 30 kg (66 lbs) Toryum-228’e ihtiyaç duyacaktır.² (~2.700 fit kare), 150 km/s’den (93 mil/s) fazla itme kuvveti sağlar.

Karşılaştırma yapmak gerekirse, geleneksel itiş gücüne dayanan en hızlı görev, Güneş etrafındaki yörüngesindeki en yakın noktaya (günberi) ulaşırken 163 km/s (101 mil/s) hıza ulaşan Parker Solar Probe (PSP) idi. . Ancak bunun nedeni Venüs’ün yerçekimi desteği manevrası ve güneşin yerçekimini çekmesiydi.

Bu sistemin avantajları arasında tasarımın bilinen fizik ve malzemelere dayanması nedeniyle basitlik yer almaktadır. Ayrıca daha küçük yükleri (sensörler gibi) veya daha büyük görevleri (uzay teleskopları gibi) karşılamak için ölçeklenebilirlik de sunar.

Tek bir geleneksel fırlatma aracı, bu uzay araçlarından birkaçını, 42,1 km/s (26 mil/s) kaçış hızı gerektiren bir güneş kaçış yörüngesine yerleştirebilir. İtki levhaları aynı zamanda itme vektörünü ve uzay aracı manevralarını mümkün kılacak şekilde yeniden yapılandırılabilir; bu, uzay aracının derin uzaya ulaştığında gelecekteki görevleri araştırabileceği anlamına gelir.

Buna, Güneş Yerçekimi Merceğinin (SGL) odak noktasına bağlı teleskoplar ve yıldızlararası nesnelerle (ISO’lar) buluşacak ve muhtemelen analiz için örnekleri Dünya’ya gönderecek görevler de dahildir. Bundan bahsetmişken, uzay aracının kendi başına bir ISO ile buluşmak ve numuneleri geri göndermek için yedek kapasitesi olacak.

Levhaların doğal çürümesi, %1 verimlilikle yaklaşık 50 kW’lık fazla elektrik gücü üretmek için bir termoelektrik malzeme katmanı (veya Peltier Fayansları) kullanılarak da kullanılabilir. Alfa radyasyonunu nötralize etmek ve “egzoz emisyonlarını yönlendiren ve/veya dışarı çıkan güneş rüzgarından yararlanan bir voltaj sapmasını tetiklemek” için bir beta parçacığı yayan malzeme katmanı da eklenebilir.

Ayrıca konseptin, Actinium-227 (veya daha uzun yarı ömre sahip diğer izotoplar) ile donatılmış birden fazla “aşama” ile nasıl tasarlanabileceğini ve bunun, daha uzun görev ömürleri boyunca daha yüksek hıza yol açabileceğini de belirtiyorlar. Benzer şekilde, Toryum-233’e dayanan değiştirilmiş bir versiyon, sonunda Uranyum-232’yi üreten basamaklı bir izotop bozunması olan Toryum yakıt döngüsünü kullanabilir ve bu da (iddia ediyorlar) yaklaşık %500’lük bir performans artışıyla sonuçlanacaktır. Açıkçası, önerilen teknoloji gelecekteki gelişim için birçok fırsat sunuyor ve çeşitli görev profillerini yürütmek için kullanılabilir.

Bu görevler, ISO’ları yakından incelemek, komşu yıldız sistemlerindeki yaşanabilir gezegenleri keşfetmek, Dünya-ay sisteminin ötesinde mürettebatlı görevler yürütmek ve diğer gök cisimlerinde yaşam aramak için uzay aracı göndermeyi içeren, NASA’nın önümüzdeki yüzyıla yönelik vizyonuyla uyumludur.