Vesmírne Lode Musia Byť Vybavené Jadrovou Energiou, Aby Preskúmali Vesmír - Alternatívny Pohľad

Obsah:

Vesmírne Lode Musia Byť Vybavené Jadrovou Energiou, Aby Preskúmali Vesmír - Alternatívny Pohľad
Vesmírne Lode Musia Byť Vybavené Jadrovou Energiou, Aby Preskúmali Vesmír - Alternatívny Pohľad

Video: Vesmírne Lode Musia Byť Vybavené Jadrovou Energiou, Aby Preskúmali Vesmír - Alternatívny Pohľad

Video: Vesmírne Lode Musia Byť Vybavené Jadrovou Energiou, Aby Preskúmali Vesmír - Alternatívny Pohľad
Video: VIDEO 02 VESMÍRNÉ LODĚ ANDĚLŮ NEBE 2024, Marec
Anonim

Americký profesor vysvetľuje, prečo sú jadrové raketové motory účinnejšie ako chemické. Preto sú to tí, ktorí pomôžu preskúmať Mars a všetko mimo neho. Nemyslí si však na otázku, či bude mať NASA dostatok peňazí na vývoj takýchto motorov, ak sa do nich zapojí aj Pentagon, a dostane prvé miesto.

Sny NASA a Elon Musk o Marse a vesmírnych misiách s posádkou sa čoskoro stanú skutočnosťou. Pravdepodobne budete prekvapení, ale moderné rakety lietajú trochu rýchlejšie ako rakety minulosti.

Rýchle vesmírne lode sú vhodnejšie z rôznych dôvodov a najlepší spôsob, ako urýchliť, sú rakety s jadrovým pohonom. Majú mnoho výhod oproti konvenčným palivovým palivám alebo moderným solárnym elektrickým raketám, ale za posledných 40 rokov Spojené štáty uviedli na trh iba osem jadrových rakiet.

V uplynulom roku sa však zákony týkajúce sa jadrového letu zmenili a práce na ďalšej generácii rakiet sa už začali.

Prečo je potrebná rýchlosť?

V prvej fáze každého letu do vesmíru je potrebné štartovacie vozidlo - vezme loď na obežnú dráhu. Tieto veľké motory bežia na horľavé palivo - a zvyčajne, keď ide o odpaľovanie rakiet, myslia ich. Čoskoro už nikam nepôjdu - ani gravitačná sila.

Ale keď loď vstúpi do vesmíru, veci sa stanú zaujímavejšie. Na prekonanie gravitácie Zeme a prechod do hlbokého vesmíru potrebuje loď ďalšie zrýchlenie. Tu vstupujú do hry jadrové systémy. Ak chcú astronauti preskúmať niečo za Mesiacom alebo ešte viac Mars, musia sa ponáhľať. Vesmír je obrovský a vzdialenosti sú dosť veľké.

Propagačné video:

Existujú dva dôvody, prečo sú rýchle rakety vhodnejšie pre cestovanie na veľké vzdialenosti: bezpečnosť a čas.

Na ceste na Mars čelia astronauti veľmi vysokým úrovniam žiarenia, ktoré je spojené so závažnými zdravotnými problémami vrátane rakoviny a neplodnosti. Radiačné tienenie môže pomôcť, ale je veľmi ťažké a čím dlhšia je misia, bude potrebné silnejšie tienenie. Preto najlepším spôsobom, ako znížiť dávku žiarenia, je jednoducho sa dostať do cieľa rýchlejšie.

Bezpečnosť posádky však nie je jedinou výhodou. Čím vzdialenejšie lety plánujeme, tým skôr budeme potrebovať údaje z bezpilotných misií. Trvalo Voyager 2 12 rokov, kým sa dostal do Neptúna - a keď to lietalo, urobil niekoľko neuveriteľných fotografií. Keby mal Voyager výkonnejší motor, tieto fotografie a údaje by sa objavili u astronómov oveľa skôr.

Takže rýchlosť je výhodou. Prečo sú však jadrové systémy rýchlejšie?

Dnešné systémy

Po prekonaní gravitačnej sily musí loď zvážiť tri dôležité aspekty.

Najbežnejšie sú dnes chemické motory - to znamená konvenčné palivové rakety a solárne elektrické rakety.

Chemické pohonné systémy poskytujú veľa ťahu, ale nie sú príliš účinné a raketové palivo nie je príliš energeticky náročné. Raketa Saturn 5, ktorá odviedla astronautov na Mesiac, pri vzlete vyrobila 35 miliónov newtonov a nesla 950 000 galónov (4 318 787 litrov) paliva. Väčšina z toho išla na to, aby sa raketa dostala na obežnú dráhu, takže obmedzenia sú zrejmé: kdekoľvek idete, potrebujete veľa ťažkého paliva.

Elektrické pohonné systémy generujú ťah pomocou elektriny zo solárnych panelov. Najbežnejším spôsobom, ako to dosiahnuť, je použitie elektrického poľa na urýchlenie iónov, ako napríklad v Hallovom indukčnom thrustere. Tieto zariadenia sa používajú na napájanie satelitov a ich hmotnostná účinnosť je päťkrát vyššia ako v prípade chemických systémov. Zároveň však vydávajú oveľa menej sily - asi 3 newtony. To stačí na zrýchlenie vozidla z 0 na 100 kilometrov za hodinu, približne za dve a pol hodiny. Slnko je v podstate bezedným zdrojom energie, ale čím ďalej sa loď od neho pohybuje, tým menej je užitočná.

Jedným z dôvodov, prečo sú jadrové strely obzvlášť sľubné, je ich neuveriteľná energetická náročnosť. Uránové palivo používané v jadrových reaktoroch má energetickú náročnosť 4 miliónkrát vyššiu ako hydrazín, typické chemické raketové palivo. A je oveľa ľahšie dostať nejaký urán do vesmíru ako stovky tisíc galónov paliva.

A čo trakcia a efektivita hmotnosti?

Dve jadrové alternatívy

V oblasti vesmírneho cestovania inžinieri vyvinuli dva hlavné typy jadrových systémov.

Prvým z nich je termonukleárny motor. Tieto systémy sú veľmi výkonné a vysoko efektívne. Používajú malý jadrový štiepny reaktor - ako reaktory na jadrových ponorkách - na ohrev plynu (ako je vodík). Tento plyn sa potom urýchľuje cez dýzu rakety, aby sa dosiahol ťah. Inžinieri NASA vypočítali, že cesta na Mars pomocou termonukleárneho motora bude o 20-25% rýchlejšia ako raketa s chemickým motorom.

Fúzne motory sú viac ako dvakrát účinnejšie ako chemické. To znamená, že dodávajú dvakrát toľko ťahu za rovnaké množstvo paliva - až 100 000 newtonov ťahu. To stačí na zrýchlenie vozidla na 100 kilometrov za hodinu približne za štvrť sekundy.

Druhým systémom je jadrový elektrický raketový motor (NEP). Žiadna z nich zatiaľ nebola vytvorená, ale ide o využitie silného štiepneho reaktora na výrobu elektriny, ktorý potom bude poháňať elektrický pohonný systém ako Hallov motor. To by bolo veľmi efektívne - asi trikrát účinnejšie ako fúzny motor. Pretože energia jadrového reaktora je obrovská, niekoľko samostatných elektrických motorov môže pracovať súčasne a ťah sa ukáže ako solídny.

Jadrové raketové motory sú pravdepodobne najlepšou voľbou pre misie s veľkým dosahom: nevyžadujú solárnu energiu, sú veľmi efektívne a poskytujú relatívne vysoký ťah. Ale napriek svojej sľubnej povahe má pohonný systém jadrovej energie stále veľa technických problémov, ktoré bude potrebné vyriešiť pred uvedením do prevádzky.

Prečo stále neexistujú rakety s jadrovým pohonom?

Fúzne motory sa študujú od šesťdesiatych rokov minulého storočia, ale do vesmíru sa ešte nedostali.

Podľa charty 70. rokov sa každý projekt jadrového priestoru posudzoval osobitne a nemohol ísť ďalej bez súhlasu viacerých vládnych agentúr a samotného prezidenta. Spolu s nedostatkom finančných prostriedkov na výskum jadrových raketových systémov to zabránilo ďalšiemu rozvoju jadrových reaktorov na použitie vo vesmíre.

To sa však zmenilo v auguste 2019, keď správa Trumpa vydala prezidentské memorandum. Nová smernica, ktorá trvá na maximálnej bezpečnosti spúšťania jadrových zbraní, stále umožňuje jadrové misie s nízkym obsahom rádioaktívneho materiálu bez komplikovaného schvaľovania medzi radami. Postačuje potvrdenie sponzorujúcej agentúry, ako je NASA, že misia je v súlade s bezpečnostnými odporúčaniami. Veľké jadrové misie prechádzajú rovnakými postupmi ako predtým.

Spolu s touto revíziou pravidiel získala NASA z rozpočtu na rok 2019 100 miliónov dolárov na vývoj termonukleárnych motorov. Agentúra pre obranné výskumné projekty vyvíja tiež termonukleárny vesmírny stroj pre operácie národnej bezpečnosti mimo orbitu Zeme.

Po 60 rokoch stagnácie je možné, že jadrová raketa vstúpi do vesmíru za desať rokov. Tento neuveriteľný úspech prinesie novú éru prieskumu vesmíru. Človek pôjde na Mars a vedecké experimenty povedú k novým objavom v celej slnečnej sústave aj mimo nej.

Iain Boyd je profesorom leteckého inžinierstva na University of Colorado v Boulder