Rumskibe Skal Være Nukleare Med Henblik På At Udforske Rum - Alternativ Visning

Indholdsfortegnelse:

Rumskibe Skal Være Nukleare Med Henblik På At Udforske Rum - Alternativ Visning
Rumskibe Skal Være Nukleare Med Henblik På At Udforske Rum - Alternativ Visning

Video: Rumskibe Skal Være Nukleare Med Henblik På At Udforske Rum - Alternativ Visning

Video: Rumskibe Skal Være Nukleare Med Henblik På At Udforske Rum - Alternativ Visning
Video: CS50 Live, Episode 003 2024, Marts
Anonim

En amerikansk professor forklarer, hvorfor atomraketmotorer er mere effektive end kemiske motorer. Derfor er det dem, der vil hjælpe med at udforske Mars og alt derudover. Men han tænker ikke på spørgsmålet om, hvorvidt NASA har nok penge til at udvikle sådanne motorer, hvis Pentagon også er engageret i dem, og han får først.

NASA og Elon Musk drømmer om Mars, og bemande dybe pladsopgaver vil snart blive en realitet. Du vil sandsynligvis blive overrasket, men moderne raketter flyver lidt hurtigere end fortidens raketter.

Hurtige rumskibe er mere praktiske af forskellige årsager, og den bedste måde at accelerere på er med atomdrevne raketter. De har mange fordele i forhold til konventionelle brændstofdrevne raketter eller moderne solcelledrevne elektriske raketter, men i de sidste 40 år har De Forenede Stater kun lanceret otte atomdrevne raketter.

I det forløbne år har lovgivningen om nukleare rumrejser imidlertid ændret sig, og arbejdet med den næste generation af raketter er allerede begyndt.

Hvorfor er hastighed nødvendig?

I den første fase af enhver flyvning ud i rummet er der brug for et lanceringskøretøj - det bringer skibet i kredsløb. Disse store motorer kører på brændbart brændstof - og normalt når det kommer til raketter, mener de dem. De vil ikke komme nogen steder snart - og heller ikke tyngdekraften.

Men når skibet kommer ind i rummet, bliver tingene mere interessante. For at overvinde jordens tyngdekraft og gå ud i det dybe rum har skibet brug for yderligere acceleration. Det er her nukleare systemer spiller ind. Hvis astronauter ønsker at udforske noget ud over Månen, eller endnu mere Mars, er de nødt til at skynde sig. Kosmos er enormt, og afstandene er ret store.

Salgsfremmende video:

Der er to grunde til, at hurtige raketter er bedre egnede til langdistanceophold: sikkerhed og tid.

På vej til Mars står astronauter overfor meget høje niveauer af stråling, fyldt med alvorlige sundhedsmæssige problemer, herunder kræft og infertilitet. Strålingsafskærmning kan hjælpe, men det er ekstremt tungt, og jo længere mission det er, desto kraftigere afskærmning er det nødvendigt. Derfor er den bedste måde at reducere stråledosis blot at komme hurtigere til din destination.

Men besætningens sikkerhed er ikke den eneste fordel. Jo fjernere flyvninger vi planlægger, jo før har vi brug for data fra ubemandede missioner. Det tog Voyager 2 12 år at nå Neptune - og da det fløj forbi, tog det nogle utrolige billeder. Hvis Voyager havde en mere kraftfuld motor, ville disse fotografier og data være vist i astronomer meget tidligere.

Så hastighed er en fordel. Men hvorfor er nukleare systemer hurtigere?

Dagens systemer

Efter at have overvundet tyngdekraften, skal skibet overveje tre vigtige aspekter.

De mest almindelige i dag er kemiske motorer - det vil sige konventionelle brændstofdrevne raketter og solcelledrevne elektriske raketter.

Kemiske fremdrivningssystemer leverer meget kraft, men er ikke særlig effektive, og raketbrændstof er ikke meget energikrævende. Saturn 5-raket, der transporterede astronauterne til månen, producerede 35 millioner newton kraft ved start og transporterede 950.000 gallon (4.318.787 liter) brændstof. Det meste af det gik til at få raketten til bane, så begrænsningerne er indlysende: uanset hvor du går, har du brug for meget tungt brændstof.

Elektriske fremdrivningssystemer genererer tryk ved hjælp af elektricitet fra solpaneler. Den mest almindelige måde at opnå dette på er at bruge et elektrisk felt til at accelerere ioner, f.eks. I en Hall-induktionstruster. Disse enheder bruges til at drive satellitter, og deres vægteffektivitet er fem gange den for kemiske systemer. Men på samme tid giver de meget mindre træk - omkring 3 newton. Dette er kun nok til at accelerere bilen fra 0 til 100 kilometer i timen på cirka to og en halv time. Solen er i det væsentlige en bundløs energikilde, men jo længere skibet bevæger sig væk fra det, jo mindre nyttigt er det.

En af grundene til, at nukleare missiler især er lovende, er deres utrolige energiintensitet. Uranbrændstof brugt i nukleare reaktorer har en energiintensitet på 4 millioner gange intensiteten af hydrazin, et typisk kemisk raketbrændstof. Og det er meget lettere at få noget uran i rummet end hundreder af tusinder af liter brændstof.

Hvad med trækkraft og vægteffektivitet?

To nukleare muligheder

Til rumrejser har ingeniører udviklet to hovedtyper af nukleare systemer.

Den første er en termonuklear motor. Disse systemer er meget kraftfulde og meget effektive. De bruger en lille nukleær fissionsreaktor - ligesom dem på nukleære ubåde - til at opvarme en gas (som brint). Denne gas accelereres derefter gennem raketdysen for at tilvejebringe tryk. NASA-ingeniører har beregnet, at en tur til Mars ved hjælp af en termonuklear motor vil være 20-25% hurtigere end en raket med en kemisk motor.

Fusionsmotorer er mere end dobbelt så effektive som kemiske motorer. Det betyder, at de leverer dobbelt så meget tryk for den samme mængde brændstof - op til 100.000 Newtons skub. Dette er nok til at fremskynde bilen til 100 kilometer i timen på cirka et kvarter.

Det andet system er en nuklear elektrisk raketmotor (NEP). Ingen af dem er oprettet endnu, men tanken er at bruge en kraftig fission reaktor til at generere elektricitet, som derefter vil drive et elektrisk fremdrivningssystem som en Hall-motor. Det ville være meget effektivt - cirka tre gange mere effektivt end en fusionsmotor. Da en nukleare reaktors kraft er enorm, kan flere separate elektriske motorer arbejde på samme tid, og skyvekraften viser sig at være solid.

Atomraketmotorer er måske det bedste valg til ekstremt langdistanceopgaver: De kræver ikke solenergi, er meget effektive og giver relativt højt drivkraft. Men alt efter deres lovende karakter har fremdrivningssystemet med atomkraft stadig mange tekniske problemer, der skal løses, før de tages i brug.

Hvorfor er der stadig ingen atomdrevne missiler?

Fusionsmotorer er blevet undersøgt siden 1960'erne, men de er endnu ikke fløjet ud i rummet.

I henhold til chartret fra 1970'erne blev hvert nukleare rumprojekt betragtet separat og kunne ikke gå videre uden godkendelse af et antal regeringsorganer og præsidenten selv. Sammen med en mangel på finansiering til forskning i nukleære missilsystemer har dette hæmmet den videre udvikling af nukleare reaktorer til brug i rummet.

Men alt dette ændrede sig i august 2019, da Trump-administrationen udstedte et præsidentligt memorandum. Mens det insisterer på den maksimale sikkerhed ved nukleare lanceringer, tillader det nye direktiv stadig nukleare missioner med lave mængder radioaktivt materiale uden kompliceret godkendelse af interagencen. Bekræftelse fra et sponsorbureau som NASA for, at missionen er i overensstemmelse med sikkerhedsanbefalinger, er tilstrækkelig. Store nukleare missioner gennemgår de samme procedurer som før.

Sammen med denne revision af reglerne modtog NASA 100 millioner dollars fra budgettet for 2019 til udvikling af termonukleare motorer. Defense Advanced Research Projects Agency udvikler også en termonuklear rummotor til nationale sikkerhedsoperationer ud over Jordens kredsløb.

Efter 60 års stagnation er det muligt, at en nuklear raket vil gå ud i rummet inden for et årti. Denne utrolige præstation indleder en ny æra med rumforskning. Mennesket vil gå til Mars, og videnskabelige eksperimenter vil føre til nye opdagelser i hele solsystemet og videre.

Iain Boyd er professor i rumfarveteknik ved University of Colorado i Boulder

Anbefalet: