わずか45日で火星にミッションを送る新しい核ロケット設計

私たちは宇宙探査が新たに行われる時代に生きており、複数の機関が今後数年間に宇宙飛行士を月に送る計画を立てています。 これに続き、今後 10 年間に NASA と中国による火星への有人飛行が予定されており、近いうちに他の国々も参加する可能性があります。 地球低軌道 (LEO) や地球-月系を超えて宇宙飛行士を連れて行くこれらのミッションやその他のミッションには、生命維持や放射線遮蔽から動力や推進力に至るまで、新しい技術が必要です。 そして後者に関して言えば、核熱および原子力電気推進 (NTP/NEP) が最有力候補です。

NASA とソ連の宇宙計画は、宇宙開発競争の最中に核推進の研究に数十年を費やした。 数年前、NASAは、100日以内に火星への通過を可能にするバイモーダル核推進（NTP要素とNEP要素からなる2部構成のシステム）の開発を目的とした核計画を再始動させた。 2023 年の NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) プログラムの一環として、NASA はフェーズ I 開発のための原子力コンセプトを選択しました。 この新しい種類のバイモーダル核推進システムは「ウェーブロータートッピングサイクル」を使用しており、火星までの通過時間をわずか45日に短縮できる可能性がある。

「ウェーブ ローター トッピング サイクルを備えたバイモーダル NTP/NEP」と題されたこの提案は、フロリダ大学の極超音波プログラム領域リーダーであり、フロリダ応用工学研究 (FLARE) チームのメンバーであるライアン ゴス教授によって提案されました。 。 Gosse氏の提案は、フェーズI開発のために今年NIACによって選ばれた14件のうちの1つであり、これには関連する技術と手法の成熟を支援するための12,500ドルの助成金が含まれている。 その他の提案には、革新的なセンサー、機器、製造技術、電力システムなどが含まれていました。

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原子力推進は本質的に 2 つの概念に帰着しますが、どちらも徹底的にテストされ検証された技術に依存しています。 核熱推進 (NTP) の場合、サイクルは原子炉が液体水素 (LH2) 推進剤を加熱してイオン化水素ガス (プラズマ) に変え、その後ノズルを通って送られて推力を生成することで構成されます。 この推進システムのテストを構築するためにいくつかの試みが行われており、その中には、1955 年に発足した米国空軍と原子力委員会 (AEC) の共同作業であるプロジェクト ローバーも含まれます。

1959 年に NASA が USAF から引き継ぎ、プログラムは宇宙飛行用途に特化した新しい段階に入りました。 これは最終的に、テストに成功した固体コア原子炉であるロケット輸送用核エンジン (NERVA) につながりました。 1973 年にアポロ時代が終了すると、計画の資金は大幅に削減され、飛行試験が実施される前に計画は中止されました。 一方、ソ連は 1965 年から 1980 年にかけて独自の NTP コンセプト (RD-0410) を開発し、プログラムが中止される前に 1 回の地上試験を実施しました。

一方、原子力電気推進 (NEP) は、原子炉を利用してホール効果スラスター (イオン エンジン) に電力を供給します。ホール効果スラスター (イオン エンジン) は、不活性ガス (キセノンなど) をイオン化および加速して生成する電磁場を生成します。突っ込み。 この技術を開発する試みには、NASA の原子力システムイニシアチブ (NSI) が含まれます。 プロメテウス計画 (2003 年から 2005 年)。 どちらのシステムも、より高い比推力 (Isp) 定格、燃料効率、事実上無制限のエネルギー密度など、従来の化学推進に比べて大きな利点があります。

NEP のコンセプトは、一度に数週間または数ヶ月にわたって高レートの比推力を提供することで際立っていますが、推力レベルは従来のロケットや NTP と比較してかなり低いです。 ゴス氏によれば、電力源の必要性は、宇宙での熱の遮断の問題も引き起こします。理想的な環境下では、熱エネルギー変換は 30 ～ 40% です。 また、NTP NERVA 設計は、火星やその先への有人ミッションに推奨される方法ですが、この方法には、高デルタ v ミッションに適切な初期および最終質量分率を提供するという問題もあります。