Έκθεση: Το μόνο ρεαλιστικό μονοπάτι για τη NASA στον άνθρωπο στον Άρη είναι η πυρηνική πρόωση

Η μεταφορά ανθρώπων στον Άρη και η πλάτη είναι δύσκολη. Πραγματικά δύσκολο, στην πραγματικότητα. Η NASA και άλλοι πιθανοί αστροναύτες του Άρη αντιμετωπίζουν πολλές προκλήσεις κατά τον προγραμματισμό αποστολών στον Κόκκινο Πλανήτη, αλλά το πιο σημαντικό είναι η ποσότητα καυσίμου που απαιτείται.

Κατά τη διάρκεια του προγράμματος Apollo πριν από 50 χρόνια, οι άνθρωποι πήγαν στο φεγγάρι χρησιμοποιώντας χημική πρόωση – δηλαδή, πυραυλοκινητήρες που καίνε υγρό οξυγόνο και υδρογόνο σε θάλαμο καύσης. Αυτό έχει τα πλεονεκτήματά του, όπως το να δίνει η NASA τη δυνατότητα γρήγορης εκκίνησης και διακοπής του κινητήρα και η τεχνολογία εκείνη την εποχή ήταν η πιο ώριμη για διαστημικά ταξίδια. Από τότε, εφευρέθηκαν μερικές νέες τεχνολογίες πρόωσης στο διάστημα. Αλλά τίποτα δεν είναι καλύτερο ή ταχύτερο για τον άνθρωπο από τη χημική πρόωση.

Είναι ένα πρόβλημα. Η NASA έχει δύο κύριες αποστολές για να στείλει τέσσερις ή περισσότερους αστροναύτες στον Άρη, αλλά βασισμένος στη χημική πρόωση για να βγεί έξω από το φεγγάρι πιθανότατα δεν θα το κόψει. Ο κύριος λόγος είναι ότι χρειάζεται πολύ καύσιμο πυραύλων για την αποστολή προμηθειών και αστροναυτών στον Άρη. Ακόμα και στα ευνοϊκά σενάρια όπου η Γη και ο Άρης ευθυγραμμίζονται κάθε 26 μήνες, μια ανθρώπινη αποστολή στον Άρη απαιτεί ακόμα 1.000 έως 4.000 μετρικούς τόνους προωθητικού.

Εάν αυτό είναι δύσκολο να το φανταστείτε, σκεφτείτε το. Κατά την αναβάθμιση στη διαμόρφωση Block 1B, ο πύραυλος του συστήματος διαστημικής εκτόξευσης της NASA θα έχει χωρητικότητα 105 τόνων σε χαμηλή τροχιά της Γης. Η NASA αναμένει να εκτοξεύσει αυτόν τον πύραυλο μία φορά το χρόνο και πιθανότατα θα κοστίσει περίπου 2 δισεκατομμύρια δολάρια για το ταξίδι. Επομένως, για να φτάσετε αρκετά καύσιμα σε τροχιά για την αποστολή του Άρη, απαιτούνται τουλάχιστον 10 εκκινήσεις SLS ή περίπου μια δεκαετία και 20 δισεκατομμύρια δολάρια. Μόνο για καύσιμα.

Κατώτατη γραμμή: Εάν πηγαίνουμε στον Άρη, ίσως χρειαστεί να εξετάσουμε άλλους τρόπους για να το κάνουμε.

Πηγαίνοντας πυρηνικά

ένα Νέα έκθεση Οι Εθνικές Ακαδημίες Επιστημών, Μηχανικών και Ιατρικής παρέχουν μερικές απαντήσεις σχετικά με δύο τέτοιες μεθόδους. Κατόπιν αιτήματος της NASA, μια ευρεία ομάδα εμπειρογνωμόνων αξιολόγησε τη βιωσιμότητα δύο προωστικών οχημάτων – θερμοπυρηνικών και ηλεκτροπυρηνικών – για μια ανθρώπινη αποστολή που ξεκίνησε στον Άρη το 2039.

“Ένα από τα κύρια σημεία της έκθεσης είναι ότι εάν θέλουμε να στείλουμε ανθρώπους στον Άρη και θέλουμε να το κάνουμε ξανά και ξανά και με βιώσιμο τρόπο, τότε η πυρηνική διαστημική πρόωση βρίσκεται στο σωστό δρόμο”, δήλωσε ο Μπόμπι Μπράουν , διευθυντής της πλανητικής επιστήμης. Στην JPL και συμπρόεδρος της επιτροπής που έγραψε την έκθεση, σε συνέντευξη.

Δεν ζητήθηκε από την επιτροπή να συστήσει μια συγκεκριμένη τεχνολογία, η καθεμία βασισμένη σε πυρηνικές αντιδράσεις, αλλά λειτουργούσε διαφορετικά. Η πυρηνική θερμική πρόωση (NTP) περιλαμβάνει έναν πυραυλικό κινητήρα στον οποίο ένας πυρηνικός αντιδραστήρας αντικαθιστά τον θάλαμο καύσης και καίει υγρό υδρογόνο ως καύσιμο. Η πυρηνική ηλεκτρική πρόωση (NEP) μετατρέπει τη θερμότητα από έναν αντιδραστήρα σχάσης σε ηλεκτρική ενέργεια, όπως ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας στη Γη, και στη συνέχεια χρησιμοποιεί αυτήν την ενέργεια για να παράγει ώθηση επιταχύνοντας ένα ιονιστικό προωθητικό, όπως το ξένον.

“Αν κοιτάξετε τις συστάσεις της επιτροπής NTP, πιστεύουμε ότι ένα ισχυρό πρόγραμμα, βασισμένο σε θεμελιώδη εργασία που ολοκληρώθηκε πρόσφατα, θα μπορούσε να μας οδηγήσει εκεί”, δήλωσε ο Μπράουν για τον στόχο του Άρη 2039. “Όσον αφορά τη ΝΕΠ, αισθανθήκαμε ότι δεν ήταν σαφές εάν ένα τέτοιο πρόγραμμα θα μας έφερνε εκεί, αλλά δεν καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι δεν θα μπορούσε να μας οδηγήσει εκεί.”

Η πυρηνική πρόωση απαιτεί πολύ λιγότερο καύσιμο από τη χημική πρόωση, συχνά λιγότερο από 500 μετρικούς τόνους. Αυτό θα ήταν χρήσιμο για την αποστολή του Άρη, η οποία θα περιλαμβάνει πολλές προηγμένες αποστολές προετοιμασίας φορτίου στον κόκκινο πλανήτη. Η κατανάλωση πυρηνικών καυσίμων είναι επίσης πιο συνεπής με τις ευκαιρίες εκτόξευσης που παρέχονται από τις τροχιές της Γης και του Άρη. Κατά τη διάρκεια ορισμένων ζευγαριών, που συμβαίνουν περίπου κάθε 26 μήνες, το κίνητρο που απαιτείται για την ολοκλήρωση της αποστολής του Άρη με χημικό καύσιμο είναι τόσο υψηλό που απλά δεν είναι δυνατό.

Σχέδιο για τη NASA

Η έκθεση αναφέρει ότι εάν η NASA πρόκειται να χρησιμοποιήσει πυρηνική πρόωση σε ανθρώπινες αποστολές έως το 2030, πρέπει να αρχίσει να αναπτύσσει την τεχνολογία αμέσως. Μέχρι στιγμής, ο οργανισμός ήταν κάπως συντηρητικός για να προχωρήσει γρήγορα στην πυρηνική πρόωση. Αυτό μπορεί να οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι ο Οργανισμός Διαστήματος επενδύει σε μεγάλο βαθμό στον πύραυλο Space Launch System και τη χημική πρόωση που απαιτείται για το πρόγραμμα Artemis Moon.

Έτσι, τα τελευταία χρόνια, η NASA δεν ζήτησε τη χρηματοδότηση της πυρηνικής πρόωσης. Ωστόσο, το Κογκρέσο διέθεσε χρήματα για αυτήν την προσπάθεια. Στο νομοσχέδιο του οικονομικού έτους 2021, η NASA έλαβε 110 εκατομμύρια δολάρια για την ανάπτυξη θερμοπυρηνικής πρόωσης.

Ο Μπράουν είπε ότι θα κόστιζε πολύ περισσότερο – τουλάχιστον κατά σειρά – για τη NASA να συνεργαστεί με το Υπουργείο Ενέργειας και άλλα μέρη της κυβέρνησης για να αναπτύξει αυτήν την τεχνολογία και να ξεκινήσει πτήσεις φορτίου στον Άρη στα μέσα της δεκαετίας του 2030. Ωστόσο, είπε ότι είναι το είδος του έργου που η NASA θα είναι σε θέση να κάνει.

“Είναι το είδος της τεχνολογικής πρόκλησης για την οποία έχει σχεδιαστεί η NASA και είναι το είδος της τεχνολογικής πρόκλησης που το έθνος μας αναμένει από τη NASA να ξεπεράσει”, δήλωσε ο Μπράουν. “Ξέρετε, επιστρέφοντας στο πρόγραμμα Apollo, αυτό είναι το είδος για το οποίο δημιουργήθηκε η NASA. Έτσι, νομίζω ότι μπορούν να το κάνουν αυτό.”

Αστέρι

Και τι γίνεται με την έννοια του διαστημικού σκάφους που το SpaceX κατασκευάζει για να στείλει ανθρώπους στον Άρη; Το έργο επιδιώκει να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της ανάγκης πολλών χημικών καυσίμων με την ανάπτυξη ενός χαμηλού κόστους, επαναχρησιμοποιήσιμου συστήματος εκτόξευσης. Οι μηχανικοί της SpaceX γνωρίζουν ότι για να φτάσετε στον Άρη θα χρειαστεί πολύ καύσιμο, αλλά πιστεύουν ότι το πρόβλημα επιλύεται εάν η πτήση Starship μπορεί να κατασκευαστεί πολύ και με σχετικά λίγα χρήματα. Η βασική ιδέα είναι να εκτοξευτεί το διαστημικό σκάφος σε τροχιά με κενές δεξαμενές και να μεταφερθεί το καύσιμο που ξεκίνησαν άλλα Starships σε τροχιά χαμηλής Γης πριν ένα όχημα πετά στον Άρη.

Ο Μπράουν είπε ότι η SpaceX αναπτύσσει ένα σχέδιο για την αποστολή ανθρώπων στον Άρη με διαφορετικές υποθέσεις από τη NASA. “Νομίζω ότι υπάρχει μια θεμελιώδης διαφορά στις υποθέσεις που η NASA τείνει να κάνει σχετικά με τον τύπο υποδομής που απαιτείται στον Άρη”, είπε.

Αυτό δεν σημαίνει ότι το Starship δεν μπορεί να λειτουργήσει. Ωστόσο, δείχνει την πρόκληση της αποστολής αποστολής στον Άρη με μόνο χημική πρόωση. Για συμβατική χρήση πρόωσης, κάποιος πρέπει να ωθήσει τα όρια της επαναχρησιμοποίησης και των βαρέων πυραύλων – που είναι Τι ακριβώς προσπαθεί να κάνει το SpaceX Με ένα πλήρως επαναχρησιμοποιήσιμο σύστημα εκτόξευσης.