Misjonites, mis viivad meid tagasi Kuule, Marsile ja kaugemale, on NASA uurinud mitmeid järgmise põlvkonna tõukejõu kontseptsioone. Kui olemasolevatel kontseptsioonidel on oma eelised - keemilistel rakettidel on suur energiatihedus ja ioonmootorid on väga kütusesäästlikud -, loodavad meie tuleviku lootused sellele, et me leiaksime alternatiive, mis ühendaksid tõhususe ja jõu.
Sel eesmärgil otsivad NASA Marshalli kosmoselennukeskuse teadlased taas tuumarakettide väljatöötamist. NASA mängude muutmise arendusprogrammi osana näeks tuumasoojusjõu (NTP) projekt ette ülitõhusate kosmoselaevade loomise, mis suudaksid suhteliselt lühikese aja jooksul kasutada kaugematele planeetidele raskete koormate vedamiseks vähem kütust. .
Nagu NASA Marshalli kosmoselennukeskuses NTP projekti juht Sonny Mitchell ütles NASA hiljutises pressiteates:
„Kui me päikesesüsteemi välja lükkame, võib tuumajõuseade pakkuda ainsaks tõeliselt elujõuliseks tehnoloogiavariandiks inimeste ulatuse laiendamist Marsi pinnale ja ka kaugematesse maailmadesse. Meil on hea meel töötada selliste tehnoloogiate kallal, mis võiksid avada sügava ruumi inimeste uurimiseks. ”
Selle läbi nägemiseks on NASA sõlminud partnerluse Virginias asuva energia- ja tehnoloogiaettevõttega BWX Technologies (BWXT), mis on juhtiv tuumakomponentide ja kütuse tarnija USA valitsusele. Et aidata NASA-l vajalike reaktorite väljatöötamisel, mis toetaksid võimalikke meeskonnaliikmete missioone Marsil, sõlmiti ettevõtte tütarettevõte (BWXT Nuclear Energy, Inc.) kolmeaastase lepinguga, mille väärtus oli 18,8 miljonit dollarit.
Selle kolme aasta jooksul, mille jooksul nad NASA-ga koostööd teevad, pakub BWXT NTP-tehnoloogia rakendamiseks vajalikke tehnilisi ja programmilisi andmeid. See koosneb neist prototüüpide kütuseelementide tootmisest ja testimisest ning aitab NASA-l lahendada tuumaenergia litsentseerimise ja regulatiivsed nõuded. BWXT aitab NASA planeerijatel ka oma NTP-programmiga teostatavusprobleemide lahendamisel taskukohase hinnaga.
Nagu BWXT president ja tegevjuht Rex D. Geveden kokkuleppe kohta ütles:
„BWXT-l on äärmiselt hea meel töötada koos NASA-ga selle põneva tuumakosmoseprogrammi kallal, et toetada Marsi missiooni. Meil on ainulaadne kvalifikatsioon tuumaenergiaga kosmoselaeva reaktori ja kütuse kavandamiseks, arendamiseks ja tootmiseks. See on sobiv aeg oma võimete kasutamiseks kosmoseturul, kus näeme tuumaenergia ja tuumaenergia pikaajalisi kasvuvõimalusi. ”
NTP raketis kasutatakse reaktori sees vedela vesiniku kuumutamiseks uraani- või deuteeriumireaktsioone, muutes selle ioniseeritud vesinikgaasiks (plasmaks), mis seejärel suunatakse tõukejõu tekitamiseks läbi raketiotsiku. Teine võimalik meetod, mida nimetatakse tuumaelektriliseks käitamiseks (NEC), hõlmab sama põhireaktorit, mis muundab selle soojuse ja energia elektrienergiaks, mis seejärel töötab elektrimootorina.
Mõlemal juhul tugineb rakett tuuma lõhustumisele, et genereerida tõukejõudu, mitte keemilisi raketikütuseid, mis on olnud NASA ja kõigi teiste kosmoseagentuuride põhialus. Võrreldes selle traditsioonilise käitusvormiga pakuvad mõlemat tüüpi tuumomootorid mitmeid eeliseid. Esimene ja kõige ilmsem on praktiliselt piiramatu energiatihedus, võrreldes raketikütusega.
See vähendaks vajalikku raketikütuse kogust, vähendades nii stardimassi ja üksikute missioonide kulusid. Võimsam tuumomootor tähendaks lühemaid sõiduaegu. Juba on NASA hinnangul NTP-süsteemi abil võimalik marsruut Marsile viia kuue asemel nelja kuuni, mis vähendaks astronautide reisi ajal kokkupuutuva kiirguse hulka.
Ausalt öeldes pole tuumarakettide kasutamise idee Universumi uurimiseks uus. Tegelikult on NASA uurinud tuumaenergia kasutamist ulatuslikult kosmose tuumaelektrijaama all. Tegelikult viis SNPO aastatel 1959–1922 Necaras Jackass Flatsis AEC Nevada katseplatsil tuumarakettide arendusjaamas 23 reaktorikatset.
1963. aastal lõi SNPO ka raketisõidukite rakenduste tuumamootori (NERVA) programmi, et arendada tuumasoojusenergiat kaugele lennutatud meeskonnale Kuule ja planeetidevahelisse kosmosesse. Selle tulemusel loodi NRX / XE, tuumasoojusmootor, mille SNPO kinnitas, et see vastab meeskonna Marsile saatmise nõuetele.
Nõukogude Liit viis 1960. aastatel läbi sarnaseid uuringuid, lootes neid kasutada oma N-1 raketi ülemistel astmetel. Hoolimata nendest jõupingutustest ei hakanud ühtegi tuumaraketti kunagi teenistusse tulema, kuna nii Apollo programm oli lõpule viinud eelarvekärped, kaotanud avaliku huvi ja kosmoseralli üldiselt lõppenud.
Kuid arvestades praegust huvi kosmoseuuringute vastu ja kavandatud ambitsioonikat missiooni Marsile ja kaugemale, näib, et tuumaraketid võivad lõpuks teenistust näha. Üks populaarseid ideid, mida kaalutakse, on mitmeastmeline rakett, mis toetuks nii tuumamootorile kui ka tavalistele tõukejõududele - kontseptsioon, mida tuntakse bimodaalse kosmoselaevana. Selle idee suur pooldaja on NASA Marshalli kosmoselennukeskuse dr Michael G. Houts.
Aastal 2014 viis dr Houts ettekande, kus ta tutvustas, kuidas bimodaalsed raketid (ja muud tuumakontseptsioonid) kujutasid „mängu muutvaid tehnoloogiaid kosmoseuuringutes“. Näitena selgitas ta, kuidas kosmosesüstimissüsteemi (SLS) - võtmetehnoloogiat NASA kavandatud meeskonnamissioonil Marsile - saaks varustada keemilise raketiga alumisel astmel ja tuumasoojusmootoriga ülemisel astmel.
Selles seadistuses püsiks tuumamootor “külmana” seni, kuni rakett on saavutanud orbiidi, kus ülemine etapp läheks tööle ja reaktor aktiveeritaks tõukejõu tekitamiseks. Muud aruandes viidatud näited hõlmavad pikamaa satelliite, mis võiksid uurida välist päikesesüsteemi ja Kuiperi vööd, ning kiiret ja tõhusat mehitatud missioonide transporti kogu Päikesesüsteemis.
Ettevõtte uus leping peaks eeldatavalt kehtima 30. septembriks 2019. Sel ajal määrab tuumasoojusjõu projekt vähese rikastatud uraanikütuse kasutamise teostatavuse. Pärast seda kulutab projekt aasta aega vajalike kütuseelementide tootmise võime testimisele ja viimistlemisele. Kui kõik läheb hästi, võime eeldada, et NASA "Teekond Marsile" võib hõlmata lihtsalt mõnda tuumomootorit!
