Κατά την επιδίωξη αποστολών που θα μας οδηγήσουν πίσω στη Σελήνη, στον Άρη και πέραν αυτής, η NASA διερευνά μια σειρά από ιδέες πρόωσης επόμενης γενιάς. Ενώ οι υπάρχουσες έννοιες έχουν τα πλεονεκτήματά τους - οι χημικοί πύραυλοι έχουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και οι κινητήρες ιόντων είναι πολύ αποδοτικοί σε καύσιμα - οι ελπίδες μας για το μέλλον εξαρτώνται από εμάς να βρούμε εναλλακτικές λύσεις που συνδυάζουν αποτελεσματικότητα και ισχύ.
Για το σκοπό αυτό, οι ερευνητές στο Διαστημικό Κέντρο Πτήσης Marshall της NASA αναζητούν και πάλι να αναπτύξουν πυρηνικούς πυραύλους. Στο πλαίσιο του Προγράμματος Ανάπτυξης Αλλαγών Παιχνιδιών της NASA, το έργο Nuclear Thermal Propulsion (NTP) θα δημιούργησε τη δημιουργία διαστημικού σκάφους υψηλής απόδοσης που θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει λιγότερα καύσιμα για να παραδώσει βαριά ωφέλιμα φορτία σε απομακρυσμένους πλανήτες και σε σχετικά μικρό χρονικό διάστημα .
Όπως είπε η Sonny Mitchell, το έργο του έργου NTP στο Διαστημικό Κέντρο Πτήσης Marshall της NASA, σε πρόσφατη δήλωση τύπου της NASA:
«Καθώς προχωράμε στο ηλιακό σύστημα, η πυρηνική πρόωση μπορεί να προσφέρει τη μόνη πραγματικά βιώσιμη επιλογή τεχνολογίας για την επέκταση της ανθρώπινης εμβέλειας στην επιφάνεια του Άρη και σε άλλους κόσμους. Είμαστε ενθουσιασμένοι που εργαζόμαστε σε τεχνολογίες που θα μπορούσαν να ανοίξουν βαθύ χώρο για ανθρώπινη εξερεύνηση. "
Για να το δει αυτό, η NASA έχει συνάψει συνεργασία με την BWX Technologies (BWXT), μια εταιρεία ενέργειας και τεχνολογίας με έδρα τη Βιρτζίνια που είναι ο κορυφαίος προμηθευτής πυρηνικών εξαρτημάτων και καυσίμων στην κυβέρνηση των ΗΠΑ. Για να βοηθήσει τη NASA στην ανάπτυξη των απαραίτητων αντιδραστήρων που θα υποστήριζαν πιθανές μελλοντικές αποστολές στο Mars, στη θυγατρική της εταιρείας (BWXT Nuclear Energy, Inc.) ανατέθηκε τριετές συμβόλαιο αξίας 18,8 εκατομμυρίων δολαρίων.
Κατά τη διάρκεια αυτών των τριών ετών κατά τα οποία θα συνεργάζονται με τη NASA, η BWXT θα παρέχει τα τεχνικά και προγραμματικά δεδομένα που απαιτούνται για την εφαρμογή της τεχνολογίας NTP. Αυτό θα συνίσταται από την κατασκευή και δοκιμή πρωτότυπων στοιχείων καυσίμου και θα βοηθήσει τη NASA να επιλύσει τυχόν πυρηνικές άδειες και κανονιστικές απαιτήσεις. Το BWXT θα βοηθήσει επίσης τους σχεδιαστές της NASA στην αντιμετώπιση των ζητημάτων σκοπιμότητας και οικονομικά με το πρόγραμμα NTP τους.
Όπως είπε ο Rex D. Geveden, Πρόεδρος και Διευθύνων Σύμβουλος της BWXT για τη συμφωνία:
«Η BWXT είναι πολύ χαρούμενη που συνεργάζεται με τη NASA σε αυτό το συναρπαστικό πυρηνικό διαστημικό πρόγραμμα για την υποστήριξη της αποστολής του Άρη. Είμαστε μοναδικά ειδικοί για να σχεδιάσουμε, να αναπτύξουμε και να κατασκευάσουμε τον αντιδραστήρα και τα καύσιμα για ένα διαστημικό σκάφος με πυρηνική ενέργεια. Αυτή είναι η κατάλληλη στιγμή για να περιστρέψουμε τις δυνατότητές μας στη διαστημική αγορά όπου βλέπουμε μακροπρόθεσμες ευκαιρίες ανάπτυξης στην πυρηνική πρόωση και στην πυρηνική επιφανειακή ισχύ. "
Σε έναν πύραυλο ΝΤΡ, αντιδράσεις ουρανίου ή δευτερίου χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση υγρού υδρογόνου μέσα σε έναν αντιδραστήρα, μετατρέποντάς το σε ιονισμένο αέριο υδρογόνο (πλάσμα), το οποίο στη συνέχεια διοχετεύεται μέσω ενός ακροφυσίου πυραύλων για τη δημιουργία ώθησης. Μια δεύτερη δυνατή μέθοδος, γνωστή ως Nuclear Electric Propulsion (NEC), περιλαμβάνει τον ίδιο βασικό αντιδραστήρα που μετέτρεψε τη θερμότητα και την ενέργειά του σε ηλεκτρική ενέργεια που στη συνέχεια τροφοδοτεί έναν ηλεκτρικό κινητήρα.
Και στις δύο περιπτώσεις, ο πύραυλος βασίζεται στην πυρηνική σχάση για να παράγει πρόωση και όχι από χημικά προωθητικά, η οποία υπήρξε μέχρι σήμερα η βάση της NASA και όλων των άλλων διαστημικών υπηρεσιών. Σε σύγκριση με αυτήν την παραδοσιακή μορφή πρόωσης, και οι δύο τύποι πυρηνικών κινητήρων προσφέρουν ορισμένα πλεονεκτήματα. Το πρώτο και πιο προφανές είναι η σχεδόν απεριόριστη ενεργειακή πυκνότητα που προσφέρει σε σύγκριση με τα καύσιμα πυραύλων.
Αυτό θα μείωνε τη συνολική ποσότητα προωθητικού που απαιτείται, μειώνοντας έτσι το βάρος εκτόξευσης και το κόστος των μεμονωμένων αποστολών. Ένας πιο ισχυρός πυρηνικός κινητήρας θα σήμαινε μειωμένους χρόνους ταξιδιού. Ήδη, η NASA έχει εκτιμήσει ότι ένα σύστημα NTP θα μπορούσε να κάνει το ταξίδι στον Άρη σε τέσσερις μήνες αντί για έξι, κάτι που θα μείωνε την ποσότητα ακτινοβολίας στους οποίους οι αστροναύτες θα εκτεθούν κατά τη διάρκεια του ταξιδιού τους.
Για να είμαστε δίκαιοι, η ιδέα της χρήσης πυρηνικών πυραύλων για να εξερευνήσετε το Σύμπαν δεν είναι καινούργια. Στην πραγματικότητα, η NASA διερεύνησε εκτενώς την πιθανότητα πυρηνικής πρόωσης στο πλαίσιο του Γραφείου Διαστημικής Πυρηνικής Πρόωσης. Στην πραγματικότητα, μεταξύ του 1959 και του 1972, το SNPO διεξήγαγε 23 δοκιμές αντιδραστήρων στον σταθμό ανάπτυξης πυρηνικών πυραύλων στον τόπο δοκιμών της Νέας Υόρκης της AEC, στο Jackass Flats της Νεβάδας.
Το 1963, το SNPO δημιούργησε επίσης το πρόγραμμα Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA) για την ανάπτυξη πυρηνικής-θερμικής πρόωσης για αποστολή πληρώματος μεγάλης εμβέλειας στη Σελήνη και τον διαπλανητικό χώρο. Αυτό οδήγησε στη δημιουργία του NRX / XE, ενός πυρηνικού-θερμικού κινητήρα που ο SNPO πιστοποίησε ότι πληρούσε τις προϋποθέσεις για μια αποστολή με πλήρωμα στον Άρη.
Η Σοβιετική Ένωση διεξήγαγε παρόμοιες μελέτες κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1960, ελπίζοντας να τις χρησιμοποιήσει στα ανώτερα στάδια του πυραύλου N-1. Παρά τις προσπάθειες αυτές, κανένας πυρηνικός πύραυλος δεν τέθηκε ποτέ σε λειτουργία, λόγω ενός συνδυασμού περικοπών του προϋπολογισμού, απώλειας δημοσίου συμφέροντος και μιας γενικής κατάργησης του Διαστημικού Αγώνα μετά την ολοκλήρωση του προγράμματος Apollo.
Ωστόσο, δεδομένου του σημερινού ενδιαφέροντος για την εξερεύνηση του διαστήματος και της φιλόδοξης αποστολής που προτείνεται στον Άρη και πέραν αυτού, φαίνεται ότι οι πυρηνικοί πύραυλοι ενδέχεται τελικά να λειτουργούν. Μια δημοφιλής ιδέα που εξετάζεται είναι ένας πύργος πολλαπλών σταδίων που θα βασίζεται τόσο σε έναν πυρηνικό κινητήρα όσο και σε συμβατικούς προωθητές - μια έννοια γνωστή ως "διτροπικό διαστημικό σκάφος". Ένας σημαντικός υποστηρικτής αυτής της ιδέας είναι ο Δρ Michael G. Houts του Διαστημικού Κέντρου Πτήσης της NASA Marshall.
Το 2014, ο Δρ Houts διεξήγαγε μια παρουσίαση που περιγράφει πώς οι διτροπικοί πύραυλοι (και άλλες πυρηνικές έννοιες) αντιπροσώπευαν «τεχνολογίες που αλλάζουν τα παιχνίδια για την εξερεύνηση του διαστήματος». Για παράδειγμα, εξήγησε πώς το Space Launch System (SLS) - μια βασική τεχνολογία στην προτεινόμενη αποστολή της NASA στον Άρη - θα μπορούσε να εξοπλιστεί με χημικό πύραυλο στο κάτω στάδιο και έναν πυρηνικό-θερμικό κινητήρα στο πάνω στάδιο.
Σε αυτή τη ρύθμιση, ο πυρηνικός κινητήρας θα παρέμενε «κρύος» έως ότου ο πύραυλος είχε φτάσει σε τροχιά, οπότε το ανώτερο στάδιο θα αναπτυχθεί και ο αντιδραστήρας θα ενεργοποιηθεί για να παράγει ώθηση. Άλλα παραδείγματα που αναφέρονται στην έκθεση περιλαμβάνουν δορυφόρους μεγάλης εμβέλειας που θα μπορούσαν να εξερευνήσουν το Εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα και τη ζώνη Kuiper και γρήγορη, αποτελεσματική μεταφορά για επανδρωμένες αποστολές σε όλο το Ηλιακό Σύστημα.
Το νέο συμβόλαιο της εταιρείας αναμένεται να διαρκέσει έως τις 30 Σεπτεμβρίου 2019. Εκείνη τη στιγμή, το έργο Nuclear Thermal Propulsion θα καθορίσει τη σκοπιμότητα χρήσης καυσίμου ουρανίου χαμηλού εμπλουτισμού. Μετά από αυτό, το έργο θα περάσει ένα χρόνο δοκιμάζοντας και βελτιώνοντας την ικανότητά του να κατασκευάζει τα απαραίτητα στοιχεία καυσίμου. Αν όλα πάνε καλά, μπορούμε να περιμένουμε ότι το «Ταξίδι στον Άρη» της NASA μπορεί να ενσωματώνει μερικούς πυρηνικούς κινητήρες!
