Bij het nastreven van missies die ons terug naar de maan, naar Mars en verder brengen, heeft NASA een aantal voortstuwingsconcepten van de volgende generatie onderzocht. Terwijl bestaande concepten hun voordelen hebben - chemische raketten hebben een hoge energiedichtheid en ionenmotoren zijn zeer zuinig - onze hoop voor de toekomst hangt af van ons vinden van alternatieven die efficiëntie en kracht combineren.
Daartoe zijn onderzoekers van NASA's Marshall Space Flight Center opnieuw op zoek naar het ontwikkelen van nucleaire raketten. Als onderdeel van NASA's Game Changing Development Program, zou het Nuclear Thermal Propulsion (NTP) -project de creatie van een zeer efficiënt ruimtevaartuig zien dat in staat zou zijn om minder brandstof te gebruiken om zware ladingen te leveren aan verre planeten, en in een relatief korte tijd .
Zoals Sonny Mitchell, het project van het NTP-project in NASA's Marshall Space Flight Center, zei in een recente persverklaring van NASA:
“Als we het zonnestelsel binnengaan, kan nucleaire voortstuwing de enige echt haalbare technologieoptie zijn om het menselijk bereik uit te breiden naar het oppervlak van Mars en naar de werelden daarbuiten. We zijn verheugd om te werken aan technologieën die diepe ruimte zouden kunnen openen voor menselijke verkenning. "
Om dit door te zetten is NASA een samenwerking aangegaan met BWX Technologies (BWXT), een in Virginia gevestigd energie- en technologiebedrijf dat een toonaangevende leverancier is van nucleaire componenten en brandstof aan de Amerikaanse overheid. Om NASA te helpen bij het ontwikkelen van de noodzakelijke reactoren die mogelijke toekomstige bemande missies naar Mars zouden ondersteunen, kreeg de dochteronderneming van het bedrijf (BWXT Nuclear Energy, Inc.) een contract voor drie jaar ter waarde van $ 18,8 miljoen.
Tijdens deze drie jaar waarin ze met NASA zullen werken, zal BWXT de technische en programmatische gegevens leveren die nodig zijn om NTP-technologie te implementeren. Deze zal bestaan uit het vervaardigen en testen van prototype-brandstofelementen en het helpen van NASA bij het oplossen van nucleaire vergunningen en wettelijke vereisten. BWXT zal ook NASA-planners helpen bij het aanpakken van de problemen van haalbaarheid en betaalbaarheid met hun NTP-programma.
Zoals Rex D. Geveden, BWXT's President en Chief Executive Officer, zei over de overeenkomst:
“BWXT is bijzonder verheugd om met NASA samen te werken aan dit opwindende nucleaire ruimteprogramma ter ondersteuning van de Mars-missie. We zijn uniek gekwalificeerd om de reactor en brandstof voor een nucleair aangedreven ruimtevaartuig te ontwerpen, ontwikkelen en produceren. Dit is een geschikt moment om onze capaciteiten in de ruimtevaartmarkt te brengen, waar we groeimogelijkheden op lange termijn zien op het gebied van nucleaire voortstuwing en nucleaire oppervlaktestroom. ”
In een NTP-raket worden uranium- of deuteriumreacties gebruikt om vloeibare waterstof in een reactor te verwarmen, waardoor het wordt geïoniseerd waterstofgas (plasma), dat vervolgens door een raketmondstuk wordt geleid om stuwkracht te genereren. Een tweede mogelijke methode, bekend als Nuclear Electric Propulsion (NEC), houdt in dat dezelfde basisreactor zijn warmte en energie omzet in elektrische energie die vervolgens een elektrische motor aandrijft.
In beide gevallen vertrouwt de raket op kernsplijting om voortstuwing te genereren in plaats van op chemische drijfgassen, wat tot nu toe de steunpilaar van NASA en alle andere ruimtevaartagentschappen was. Vergeleken met deze traditionele voortstuwing bieden beide typen kernmotoren een aantal voordelen. De eerste en meest voor de hand liggende is de vrijwel onbeperkte energiedichtheid die het biedt in vergelijking met raketbrandstof.
Dit zou de totale benodigde hoeveelheid drijfgas verminderen, waardoor het lanceergewicht en de kosten van individuele missies zouden worden verlaagd. Een krachtigere nucleaire motor zou de reistijden verkorten. NASA heeft al geschat dat een NTP-systeem de reis naar Mars zou kunnen maken tot vier maanden in plaats van zes, wat de hoeveelheid straling waaraan de astronauten tijdens hun reis zouden worden blootgesteld, zou verminderen.
Om eerlijk te zijn, het concept om nucleaire raketten te gebruiken om het universum te verkennen is niet nieuw. In feite heeft NASA de mogelijkheid van nucleaire voortstuwing uitgebreid onderzocht onder het Space Nuclear Propulsion Office. In feite heeft de SNPO tussen 1959 en 1972 23 reactortests uitgevoerd op het ontwikkelingsstation voor nucleaire raketten op de testsite van AEC in Nevada, in Jackass Flats, Nevada.
In 1963 creëerde de SNPO ook het programma Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA) om nucleaire thermische voortstuwing te ontwikkelen voor bemande missies op lange afstand naar de maan en de interplanetaire ruimte. Dit leidde tot de oprichting van de NRX / XE, een nucleair-thermische motor die volgens de SNPO voldeed aan de vereisten voor een bemande missie naar Mars.
De Sovjet-Unie voerde soortgelijke studies uit in de jaren zestig, in de hoop deze te gebruiken op de bovenste trappen van hun N-1-raket. Ondanks deze inspanningen zijn er nooit nucleaire raketten in dienst getreden vanwege een combinatie van bezuinigingen, verlies van algemeen belang en een algemene afbouw van de Space Race nadat het Apollo-programma was voltooid.
Maar gezien de huidige interesse in ruimteverkenning en de ambitieuze missie die aan Mars en daarbuiten wordt voorgesteld, lijkt het erop dat nucleaire raketten eindelijk in gebruik kunnen worden genomen. Een populair idee dat wordt overwogen, is een meertrapsraket die zowel op een nucleaire motor als op conventionele stuwraketten zou vertrouwen - een concept dat bekend staat als een "bimodaal ruimtevaartuig". Een belangrijke voorstander van dit idee is Dr. Michael G. Houts van het NASA Marshall Space Flight Center.
In 2014 hield Dr. Houts een presentatie waarin hij schetste hoe bimodale raketten (en andere nucleaire concepten) "baanbrekende technologieën voor ruimteverkenning" vertegenwoordigden. Zo legde hij uit hoe het Space Launch System (SLS) - een sleuteltechnologie in de door NASA voorgestelde bemande missie naar Mars - zou kunnen worden uitgerust met een chemische raket in de onderste trap en een nucleair-thermische motor op de bovenste trap.
In deze opstelling zou de nucleaire motor "koud" blijven totdat de raket zijn baan had bereikt, waarna de bovenste trap zou worden ingezet en de reactor zou worden geactiveerd om stuwkracht te genereren. Andere voorbeelden die in het rapport worden genoemd, zijn onder meer langeafstandssatellieten die het buitenste zonnestelsel en de Kuipergordel zouden kunnen verkennen, en snel en efficiënt transport voor bemande missies door het hele zonnestelsel.
Het nieuwe contract van het bedrijf loopt naar verwachting tot en met 30 september 2019. Op dat moment zal het Nuclear Thermal Propulsion-project de haalbaarheid bepalen van het gebruik van laagverrijkte uraniumbrandstof. Daarna zal het project een jaar lang testen en verfijnen van zijn vermogen om de nodige brandstofelementen te vervaardigen. Als alles goed gaat, kunnen we verwachten dat NASA's "Journey to Mars" misschien enkele nucleaire motoren bevat!
