“Birkaç ay içinde Mars’a”: nükleer tahrik sistemlerinin uzay yolculuğuna getirdikleri
Juice uzay aracının Nisan ayında Jüpiter ve uydularına fırlatılması planlanıyor. Venüs, Dünya ve Ay’daki manevralar sırasında dört kez ivme kazansa bile sekiz yılı aşkın bir süredir yolunda olacak. Ve eğer astronotlar mevcut teknolojiyle Mars’a doğru yola çıkarlarsa, üç yıllık bir seyahat süresiyle uğraşmak zorunda kalacaklar. Çünkü enerji açısından optimal bir yörünge, her yönde altı aylık seyahat ve Mars’ta en az iki yıl gerektirir.
Sürenin nedeni, uzay yolculuğunun her zaman dayandığı kimyasal dürtülerdir. Örneğin hidrojeni oksijenle yakan kimyasal motorlar yüksek itme gücüne sahiptir. Dünyadan yörüngeye ulaşım için vazgeçilmezdirler. Ancak uzun uzay görevleri için etkinlikleri sınırlıdır. Bir nükleer fisyon reaktörünün enerji ürettiği nükleer tahrikler yardımcı olabilir. NASA ve ABD Savunma Bakanlığı Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), Ocak ayında 2027 yılına kadar uzayda nükleer termal tahriki test etme hedefiyle bir işbirliğini duyurdu.
Nükleer enerjiyle ‘Mars’ta birkaç ay içinde’
Bremen Uygulamalı Bilimler Üniversitesi’nde havacılık ve uzay mühendisliği kursu başkanı Profesör Uwe Apel, “Nükleer-termik bir tahrikte, reaktör hidrojen gibi hafif bir yakıtı yaklaşık 2000 dereceye kadar ısıtır” diye açıklıyor. “Gaz daha sonra memeden saniyede 9.000 metreye varan bir hızla kaçar, bu da en iyi kimyasal motorların iki katıdır.” Bu daha yüksek verimlilik, daha fazla hızlanmaya izin verir: bir nükleer-termal itici, Dünya yörüngesinden fırlatıldıktan sonra birkaç saat boyunca “yanar”. Apel, “Mars’a birkaç ay içinde varır, orada birkaç ay kalır ve birkaç ay içinde – bir yıllık yolculukla geri dönerdiniz” diye açıklıyor Apel.
Bu, başka avantajlar yaratır: uçuş sırasında daha az radyasyona maruz kalma, bir görevin iptal edilmesi durumunda daha fazla esneklik ve reaktörün de sağladığı yeterli elektrik. İnsansız kargo taşıyıcıları için cazip bir seçenek olan Apel, “Ayrıca, aktarma organlarını kimyasal motorlarla aynı hızda uçabilecek ancak çok daha büyük bir yük taşıyabilecek şekilde boyutlandırabilirsiniz” diye açıklıyor.
İkinci bir nükleer tahrik türü olan “nükleer elektrik”, nükleer reaktörü yalnızca elektrik üretmek için kullanır. Bu, argon veya ksenon gibi bir gazı iyonize eden ve onu manyetik veya elektrik alanları kullanarak hızlandıran ve dışarı atan bir manyetoplazma dinamiğine veya iyon motoruna güç sağlar. Stuttgart Üniversitesi, başlangıç Neutron Star Systems ile ilk tip üzerinde çalışıyor. Hayabusa-2, BepiColombo ve Starlink gibi uzay araçlarında ve uydularda iyon iticileri kullanılmıştır. Güneş pilleri her zaman burada enerji kaynağı olmuştur. Bunun yerini bir nükleer reaktör alırsa, çok daha fazla enerji elde edilebilir.
Motorun çıkış hızı ve dolayısıyla yakıt verimliliği, nükleer termal tahrikten bile daha yüksektir. Ancak itme kuvveti küçük olduğu için hızlanması uzun zaman alır. İnsanlı bir Mars uzay aracıyla, hızlanma süresi çok fazla uçuş süresini “yiyip bitirir”, ancak aynı zamanda çok az yakıt tüketir. Nükleer elektrikli tahrikler, uzak hedeflere insansız görevler için özellikle avantajlıdır. NASA’nın 20 yıl önce geliştirmek istediği -proje 2005’te durduruldu- “Jüpiter Icy Moons Orbiter” (JIMO), birkaç yıl içinde nükleer-elektrik tahrikiyle doğrudan Jüpiter’in uydularına uçacaktı.
Anlaşmalar ve siyaset nükleer tahriki engelleyebilir
1992 Birleşmiş Milletler “Uzayda Nükleer Güç Kaynaklarının Kullanımına İlişkin İlkeler” ve 2009 “Uzayda Nükleer Güç için Güvenlik Çerçevesi” gibi uluslararası anlaşmalar, nükleer sistemlerin uzayda bir dizi kuralla kullanılmasını sağlar. maksimum güvenlik.
“Radyoaktif depolama dışında” yasaklayan 1963 Test Yasağı Anlaşması da nükleer-termal tahrikle ilgili olabilir. Bu bir “açık sistem”dir: hidrojen hatları doğrudan çıkış memesinin önüne monte edilmiş olan reaktörden geçer. Stuttgart Üniversitesi’nden Profesör Georg Herdrich’e göre, böyle bir reaktörü bir fırlatıcı ile yörüngeye taşımak kabul edilemez: “Herhangi bir fırlatıcı, bu durumda çevre ve insanlar için çok olumsuz sonuçlara yol açabilecek yanlış bir kalkış yapabilir.” Herdrich, alternatif olarak, itici ve reaktörün Dünya yörüngesinde – veya daha da iyisi Ay’da – inşa edilmesi ve oraya kritik altı biçimde uçulması gerektiğini söylüyor. Birleşmiş Milletler Uzayda Nükleer Uygulamalar Çalışma Grubunda Almanya’nın teknik temsilcisidir. Bir nükleer elektrik motorunun atmosferde taşınması daha az kritik çünkü buradaki reaktör elektrik üretmek için kapalı bir sistem. Bunlar, kritik senaryolardan sağ çıkacak şekilde inşa edilebilir.
Çin ve Rusya’nın da planları var
NASA ve DARPA, 2027 gibi erken bir tarihte uzayda bir nükleer-termal iticiyi test etmek isterlerse, reaktörü bir roket üzerinde taşımaktan kaçınamazlar. Riskler göz önüne alındığında, misyon siyasi ve sosyal engellerle karşılaşabilir, bu nedenle Uwe Apel ve Georg Herdrich gibi uzmanlar programı uygulamanın zor olduğunu düşünüyor.
Ancak bir şey açık: Büyük nükleer güçler, nükleer enerjiyi uzayda kullanmakla çok ilgileniyorlar. Çin’de, diğer şeylerin yanı sıra, gelecekteki bir Ay üssüne nükleer tedarik için planlar var. Ve Rus uzay ajansı Roskosmos, on yıldan fazla bir süredir nükleer-elektrik uzay römorkörü üzerinde çalışıyor. Bir “Zeus” görevi olarak, 2030’dan birkaç yıl içinde Jüpiter’e uçması bekleniyor. 22 tonluk uzay aracını 500 kilovatlık bir reaktör çalıştıracak – önceki Jüpiter sondalarından çok daha büyük olacak. Ancak savaş sırasındaki yaptırımlar ve bütçe kesintileri, 2021’de açıklanan bu planı gerçekçi olmaktan çıkarıyor.Son olarak Avrupa uzay ajansı ESA, nükleer-termal ve nükleer-elektrik tahrikli “Mezunlar” ve “RocketRoll” gibi araştırma projelerinde yer alıyor. Stuttgart Üniversitesi de buna dahil.
Uzayda nükleer füzyon ne zaman gelecek?
Gezegenler arası seyahat için gerçek bir oyun değiştirici nükleer füzyon olacaktır. Mars’a haftalarca, Satürn’e bir yıllık uçuş süreleri mümkün olabilirdi. ABD şirketi PSS’nin iddialı planları arasında “doğrudan birleşme” için bir baskı yer alıyor. Stuttgart Üniversitesi temel araştırma alanında da faaliyet göstermektedir. Ancak dünya üzerindeki füzyon araştırmalarında gerçek bir ilerleme sağlanana kadar, uzaydaki füzyon dürtüleri arzu alanında kalacaktır. Nükleer fisyon tabanlı birimler ise yakın gelecekte uzay yolculuğuna çıkacak. Riskler devam etse bile, radyoaktivitenin – dünyaya yakın, insanlı görevlerde hatta dünyadan çok uzakta – salınmasının yıkıcı sonuçları olabilir.
(jle)
Haberin Sonu