سفینه های فضایی با انرژی هسته ای

درست قبل از اینکه خدمه Artemis II تیرکمانک تاریخی خود را در آوریل گذشته در اطراف ماه آغاز کنند، ناسا برنامه‌های خود را برای ساخت Space Reactor-1 Freedom اعلام کرد. SR-1، اولین فضاپیمای بین سیاره‌ای با راکتور هسته‌ای، قرار است تا پایان سال 2028 یک ماموریت بدون خدمه به مریخ پرواز کند و در سال 2029 برسد. یک ماموریت موفقیت‌آمیز می‌تواند نوید عصر جدیدی از پروازهای فضایی کارآمدتر و بالقوه سریع‌تر باشد—که باعث صرفه‌جویی در زمان تشعشعات فضانوردان به مریخ می‌شود.

سیمون میدلبورگ، یکی از مدیران مؤسسه آینده‌های هسته‌ای در دانشگاه بانگور در ولز، می‌گوید: «شما با آن اعلامیه بیدار می‌شوید، و لبخند بزرگی بر لبان شما می‌نشیند.

نقاط چسبنده

راه اندازی یک راکتور هسته ای در فضا ممکن است دیوانگی به نظر برسد، اما اینطور نیست. اتحاد جماهیر شوروی ده ها راکتور را به مدار فرستاد که اغلب برای تامین انرژی ماهواره های جاسوسی بودند. و کارشناسان می گویند که هیچ مانع فنی عمده ای برای تحقق پیشران فضایی هسته ای وجود ندارد. فیلیپ متزگر، محقق مهندسی پرواز فضایی در مؤسسه فضایی فلوریدا، می‌گوید: «فکر می‌کنم این یک فناوری بسیار قابل انجام است. من خوشحالم که آنها در نهایت این کار را انجام می‌دهند.»

با این حال، توسعه نیروی محرکه فضایی با استفاده از راکتورها کند بوده است. ایالات متحده چندین برنامه را در 75 سال گذشته آغاز کرده و پایان داده است. آخرین تلفات DRACO بود، همکاری بین ناسا و وزارت دفاع، که در سال 2025 پایان یافت. این پروژه به دلیل هزینه های بالای آزمایش، ناتوانی در رقابت با راکت های معمولی در قیمت، و مشکل در حصول اطمینان از اینکه آزمایش های زمینی می توانند ایمن و موثر انجام شوند، لغو شد. (به هر حال شما در حال ایجاد یک واکنش هسته ای فوق العاده قدرتمند هستید.)

پیشرفت

پس از تزلزل های فراوان، اکنون به نظر می رسد که سفر بین سیاره ای با انرژی هسته ای شرطی 2 میلیارد دلاری است که ناسا مایل به انجام آن است. این آژانس رویکردی به نام پیشرانه الکتریکی هسته‌ای را دنبال می‌کند که از نوترون‌های تولید شده در واکنش خودپایدار و تقسیم اتم اورانیوم برای ایجاد گرما و در نهایت الکتریسیته استفاده می‌کند. از الکتریسیته برای یونیزه کردن گاز استفاده می شود که با کمک میدان های مغناطیسی از فضاپیما خارج می شود و نیروی رانش تولید می کند.

سباستین کوربیسیرو، مدیر فنی ملی برنامه‌های راکتور فضایی وزارت انرژی ایالات متحده، می‌گوید: این رویکرد «با رانش بسیار کم، اما بسیار کارآمد است». بنابراین می توانید برای مدت طولانی از آن استفاده کنید.

چنین موشکی چه شکلی می تواند داشته باشد؟ ارائه ای توسط استیو سیناکور، مدیر برنامه برنامه SR-1 ناسا، سرنخ هایی را ارائه می دهد. تا اینجای کار، هنر مفهومی باعث می‌شود که این کاردستی مانند یک فلش بزرگ به نظر برسد. قسمت پشتی سیستم نیرو و نیروی محرکه را در خود جای می دهد، در حالی که نوک آن یک راکتور هسته ای پر از اورانیوم با ظرفیت حداقل 20 کیلووات را در خود جای می دهد. (برای زمینه، یک نیروگاه هسته‌ای معمولی روی زمین حدود 50000 برابر قدرتمندتر است.) "فلچ‌ها" در SR-1 باله‌های بزرگی هستند که با تابش گرما به فضا به خنک کردن راکتور کمک می‌کنند.

مانند بسیاری دیگر از قطعات سخت افزاری فضایی، راکتور باید قبل از اینکه برای سفر موشکی خشن به فضا پاک شود، با سرعت روی زمین قرار گیرد. میدلبورگ می‌گوید: «گذراندن ایمن پرتاب یک چالش خواهد بود. "شما را تکان می دهند، می لرزند، و غلت می زنید." به دلایل ایمنی، راکتور حدود دو روز پس از پرتاب، زمانی که به راحتی از زمین فاصله داشته باشد، روشن خواهد شد. اورانیوم به خودی خود بسیار خطرناک نیست، اما این را نمی توان در مورد مواد زایدی که هنگام کار راکتور ظاهر می شود، گفت.

اگر SR-1 طبق برنامه عمل کند، سفر آن به مریخ حدود یک سال طول خواهد کشید.

آیا این شکل جدید از پیشرانه فضایی واقعا تا سال 2029 به سیاره سرخ خواهد رسید؟ امکان پذیر است. ناسا می گوید که آزمایشگاه ملی آیداهو که در حال ساخت رآکتور SR-1 است، در حال پیشرفت است و برای پرتاب اواخر سال 2028 در نظر گرفته شده است. سیناکور به MIT Technology Review گفت: «تهیه قطعات اصلی در حال انجام است و کار یکپارچه سازی روی عنصر نیرو و نیروی محرکه به طور پیوسته در حال پیشرفت است. اگر برنامه آرتمیس، که با هدف شروع پایه گذاری برای پایه گذاری در قطب جنوبی قمری تا پایان دهه، به ضرب الاجل جسورانه خود ادامه دهد، چشم انداز حتی آفتابی تر خواهد شد.

لیندسی هلمز، معاون پروژه های پیشرفته در Analytical Mechanics Associates، یک شرکت هوافضا در ویرجینیا، می گوید: «این یک جدول زمانی تهاجمی است. او گمان می‌کند که این فشار تا حدی ناشی از جاه‌طلبی‌های هسته‌ای خود چین و روسیه در اعماق فضا است. دو کشور درباره برنامه‌هایی برای استقرار یک راکتور بر روی سطح ماه در اواسط دهه 2030 برای تامین انرژی یک پایگاه مشترک ماه صحبت کرده‌اند.

چه در فضا پرواز کند و چه در فضا شکست بخورد، توسعه SR-1 باید به ناسا کمک کند تا راکتور خود را روی ماه بگذارد. با توجه به اینکه سطح ماه، مانند خود فضا، خلاء است، فناوری درگیر در این دو پروژه تقریبا مشابه است. اگر یک فضاپیمای هسته‌ای بین سیاره‌ای کار کند، یک راکتور هسته‌ای روی ماه نیز باید کار کند.

متر پیشرفت. . . . . . . . . . . . 6

بیشتر فناوری SR-1 در حال حاضر وجود دارد. قرار است همه‌ی آن‌ها را با هم ترکیب کنیم و سپس ببینیم که چگونه در فضا عمل می‌کند.