Svemirski Brodovi Moraju Biti Nuklearni Da Bi Istraživali Svemir I Mdash; Alternativni Prikaz

Sadržaj:

Svemirski Brodovi Moraju Biti Nuklearni Da Bi Istraživali Svemir I Mdash; Alternativni Prikaz
Svemirski Brodovi Moraju Biti Nuklearni Da Bi Istraživali Svemir I Mdash; Alternativni Prikaz

Video: Svemirski Brodovi Moraju Biti Nuklearni Da Bi Istraživali Svemir I Mdash; Alternativni Prikaz

Video: Svemirski Brodovi Moraju Biti Nuklearni Da Bi Istraživali Svemir I Mdash; Alternativni Prikaz
Video: Da li u Orbiti Jupitera Lebdi Deo Svemirskog Broda? 2024, Ožujak
Anonim

Američki profesor objašnjava zašto su nuklearni raketni motori učinkovitiji od kemijskih. Stoga su oni ti koji će pomoći istražiti Mars i sve što je izvan njega. Ali on ne razmišlja o pitanju hoće li NASA imati dovoljno novca za razvoj takvih motora, ako se Pentagon također angažira u njima, a njemu se daje prvi.

NASA i Elon Musk sanjaju o Marsu, a vođene svemirske misije uskoro će postati stvarnost. Vjerojatno ćete se iznenaditi, ali moderne rakete lete malo brže od raketa prošlosti.

Brzi svemirski brodovi prikladniji su iz različitih razloga, a najbolji način za ubrzanje je s raketama na nuklearni pogon. Oni imaju brojne prednosti u odnosu na konvencionalne rakete na gorivo ili moderne električne rakete na solarni pogon, ali u posljednjih 40 godina, Sjedinjene Države lansirale su samo osam raketa s nuklearnim pogonom.

Međutim, u prošloj godini zakoni koji se odnose na nuklearno putovanje svemirom su se promijenili i rad na raketama sljedeće generacije već je počeo.

Zašto je potrebna brzina?

U prvoj fazi bilo kojeg leta u svemir, potrebno je lansirati vozilo - ono brod izvodi u orbitu. Ovi veliki motori rade na zapaljivom gorivu - a obično se radi o lansiranju raketa. Neće uskoro nikamo krenuti - niti će gravitacijska sila.

Ali kada brod uđe u svemir, stvari postaju zanimljivije. Da bi svladao gravitaciju Zemlje i otišao u duboki svemir, brodu je potrebno dodatno ubrzanje. Ovdje igraju nuklearni sustavi. Ako astronauti žele istražiti nešto izvan Mjeseca, ili još više Mars, moraju požuriti. Kozmos je ogroman, a udaljenost prilično velika.

Promotivni video:

Dva su razloga zbog kojih su brze rakete prikladnije za putovanja u svemir na velike daljine: sigurnost i vrijeme.

Na putu za Mars astronauti su suočeni s vrlo visokom razinom zračenja, prepunom ozbiljnih zdravstvenih problema, uključujući rak i neplodnost. Zračni oklop može pomoći, ali što je izuzetno teška i što je misija dulja, trebat će joj i snažniji oklop. Stoga je najbolji način da se smanji doza zračenja jednostavno brže doći do odredišta.

Ali sigurnost posade nije jedina korist. Što više letova planiramo, prije ćemo trebati podatke iz misija bez posade. Voyageru je trebalo dvanaest godina da dođe do Neptuna - i dok je prolazio, napravio je nekoliko nevjerojatnih slika. Da je Voyager imao moćniji motor, ove bi se fotografije i podaci pojavili u astronomima mnogo ranije.

Dakle, brzina je prednost. Ali zašto su nuklearni sustavi brži?

Današnji sustavi

Prevladavši silu gravitacije, brod mora razmotriti tri važna aspekta.

Danas su najčešći kemijski motori - to su konvencionalne rakete na gorivo i električne rakete na solarni pogon.

Kemijski pogonski sustavi daju veliku potisku, ali nisu osobito učinkoviti, a raketno gorivo nije jako energetski intenzivno. Raketa Saturn 5 koja je astronaute dovela do Mjeseca proizvela je 35 milijuna newtonskih sila pri polijetanju i nosila 950.000 litara (4.318.787 litara) goriva. Većina je otišla u izbacivanje rakete u orbitu, tako da su ograničenja očita: gdje god da krenete, trebate puno teškog goriva.

Električni pogonski sustavi stvaraju potisak koristeći električnu energiju iz solarnih panela. Najčešći način da se to postigne je korištenje električnog polja za ubrzavanje iona, kao što je Hallov indukcijski potisnik. Ovi se uređaji koriste za napajanje satelita, a njihova težinska učinkovitost je pet puta veća od kemijskih sustava. Ali istovremeno daju puno manje potiska - oko 3 newtona. Ovo je dovoljno samo za ubrzanje automobila od 0 do 100 kilometara na sat u oko dva i pol sata. Sunce je u osnovi izvor energije bez dna, ali što se dalje brod udaljava od njega, to je manje korisno.

Jedan od razloga zašto se nuklearne rakete posebno obećavaju je njihov nevjerojatan energetski intenzitet. Uranovo gorivo korišteno u nuklearnim reaktorima ima energetsku intenzitetu 4 milijuna puta veću od hidrazina, tipičnog raketnog goriva. I mnogo je lakše unijeti uran u svemir nego stotine tisuća litara goriva.

Što je sa vučom i efikasnošću težine?

Dvije nuklearne opcije

Za svemirska putovanja inženjeri su razvili dvije glavne vrste nuklearnih sustava.

Prvi je termonuklearni motor. Ovi su sustavi vrlo moćni i vrlo učinkoviti. Koriste mali reaktor nuklearne fisije - poput onih na nuklearnim podmornicama - za zagrijavanje plina (poput vodika). Zatim se taj plin ubrzava kroz mlaznicu rakete kako bi se postigao potisak. NASA-ini inženjeri izračunali su da će putovanje na Mars pomoću termonuklearnog motora biti 20-25% brže od rakete s kemijskim motorom.

Fusion motori su više nego dvostruko učinkovitiji od kemijskih. To znači da isporučuju dvostruko više potiska za istu količinu goriva - do 100.000 njutanskih potiska. Ovo je dovoljno za ubrzanje automobila do 100 kilometara na sat u oko četvrtine sekunde.

Drugi sustav je nuklearni električni raketni motor (NEP). Niti jedan od njih još nije stvoren, ali ideja je da se za proizvodnju električne energije koristi moćan reakcijski fisija, koji će potom napajati električni pogonski sustav poput Hall motora. To bi bilo vrlo učinkovito - oko tri puta učinkovitije od fuzijskog motora. Budući da je snaga nuklearnog reaktora ogromna, nekoliko zasebnih elektromotora može raditi istovremeno, a potisak će se pokazati čvrstim.

Nuklearni raketni motori možda su najbolji izbor za ekstremno velike misije: ne zahtijevaju solarnu energiju, vrlo su učinkoviti i daju relativno visoki potisak. No, zbog svoje obećavajuće naravi, pogonski sustav nuklearne energije još uvijek ima mnogo tehničkih problema koje će se morati riješiti prije stavljanja u pogon.

Zašto još uvijek nema raketa na nuklearni pogon?

Fusion motori proučavali su se od 1960-ih, ali još nisu poletjeli u svemir.

U skladu s poveljom iz 1970-ih, svaki se projekt nuklearnog svemira razmatrao odvojeno i nije mogao proći dalje bez odobrenja niza vladinih agencija i samog predsjednika. Zajedno s nedostatkom financiranja istraživanja nuklearnih raketnih sustava, ovo je spriječilo daljnji razvoj nuklearnih reaktora za upotrebu u svemiru.

No, sve se to promijenilo u kolovozu 2019. kada je Trumpova administracija izdala predsjednički memorandum. Iako inzistira na maksimalnoj sigurnosti nuklearnih lansiranja, nova direktiva još uvijek omogućuje nuklearne misije s malim količinama radioaktivnog materijala bez kompliciranog međuresornog odobrenja. Potvrda agencije za sponzoriranje poput NASA-e da je misija u skladu sa sigurnosnim preporukama je dovoljna. Velike nuklearne misije prolaze iste postupke kao i prije.

Uz ovu reviziju pravila, NASA je iz proračuna za 2019. godinu dobila 100 milijuna dolara za razvoj termonuklearnih motora. Agencija za napredne istraživačke projekte u području obrane također razvija termonuklearni svemirski motor za operacije nacionalne sigurnosti izvan Zemljine orbite.

Nakon 60 godina stagnacije, moguće je da će nuklearna raketa otići u svemir u roku od deset godina. Ovo nevjerojatno postignuće dovest će do nove epohe svemira. Čovjek će otići na Mars, a znanstveni će pokusi dovesti do novih otkrića širom Sunčevog sustava i šire.

Iain Boyd profesor je svemirskog inženjerstva na Sveučilištu Colorado u Boulderu

Preporučeno: