با خیال راحت به کاوش در منظومه شمسی و فراتر از آن سفینه نیاز به رفتن سریع تر—هسته ای-مجهز به موشک ممکن است پاسخ

این مقاله در اصل منتشر شد در این گفتگو. انتشار مقاله به کمک Space.com's کارشناس صدای: Op-Ed & بینش. خواندن مقاله اصلی.

Iain بویداستاد مهندسی هوافضا دانشگاه کلرادو بولدر

با آرزوی مریخ در ذهن هر دو ناسا و Elon Musk از راه دور crewed ماموریت در فضا می آیند. اما شما ممکن است تعجب به یاد بگیرند که مدرن موشک نمی رویم که بسیار سریع تر از راکت از گذشته است.

وجود دارد بسیاری از دلایل که سریع تر سفینه فضایی بهتر و هسته ای-مجهز به موشک هستند یک راه برای انجام این کار. آنها ارائه بسیاری از مزایای بیش از سنتی سوزاندن سوخت راکت یا مدرن با انرژی خورشیدی برق راکت اما وجود داشته اند تنها هشت فضایی آمریکا راه اندازی حمل راکتورهای هسته ای در 40 سال گذشته.

اما در سال گذشته قوانین تنظیم کننده هسته ای در فضا پرواز تغییر کرده و کار در حال حاضر آغاز شده در این نسل از موشک.

به همین دلیل نیاز به سرعت ؟

اولین مرحله از سفر فضا شامل استفاده از پرتاب موشک به کشتی به مدار. این بزرگ سوزاندن سوخت موتورهای مردم را تصور کنید زمانی که آنها فکر می کنم از راه اندازی موشک هستند و به احتمال زیاد به دور در آینده قابل پیش بینی با توجه به محدودیت های گرانش.

آن است که هنگامی که یک کشتی می رسد فضا که همه چیز جالب. برای فرار از جاذبه زمین و رسیدن به اعماق فضا مقصد کشتی ها نیاز به شتاب بیشتر. این است که در آن سیستم های هسته ای را به بازی می آیند. اگر فضانوردان می خواهید برای کشف هر چیزی دورتر از ماه و شاید مریخ, آنها در حال رفتن به نیاز به رفتن بسیار بسیار سریع است. فضا گسترده است و همه چیز دور است.

دو دلیل وجود دارد سریعتر موشک هستند بهتر است برای مسافت های طولانی سفر به فضا: ایمنی و زمان.

فضانوردان در سفر به مریخ خواهد بود در معرض سطوح بسیار بالایی از اشعه است که باعث می شود در دراز مدت مشکلات سلامتی از جمله سرطان و نازایی. تابش محافظ می تواند کمک کند اما آن را بسیار سنگین و دیگر ماموریت های بیشتر محافظ مورد نیاز است. یک راه بهتر برای کاهش قرار گرفتن در معرض تابش است که به سادگی دریافت که در آن شما در حال رفتن سریعتر.

اما ایمنی انسان نیست و تنها بهره مند شوند. به عنوان آژانس های فضایی کاوشگر دورتر در فضا مهم است که برای دریافت اطلاعات از uncrewed ماموریت به عنوان به زودی به عنوان امکان پذیر است. آن زمان ویجر 2 از 12 سال فقط برای رسیدن به نپتون که در آن جامعی برخی از عکس های واقعا باور نکردنی آن را به عنوان پرواز کرد. اگر ویجر 2 بود و سریع نیروی محرکه سیستم ستاره شناسان می توانست به حال کسانی که عکس ها و اطلاعات آنها موجود سال پیش از آن.

سرعت خوب است. اما چرا سیستم های هسته ای سریع تر است ؟

سیستم از امروز

هنگامی که یک کشتی فرار کرده گرانش زمین وجود سه جنبه مهم را در نظر بگیرید که در مقایسه با هر سیستم نیروی محرکه:

• محوری – چگونه سریع یک سیستم می تواند سرعت بخشیدن به یک کشتی
• توده بهره وری – چقدر محوری یک سیستم می تواند برای یک مقدار معین از سوخت
• چگالی انرژی – چه مقدار انرژی در یک مقدار معین از سوخت تولید می کند

امروزه رایج ترین سیستم های پیشرانش در استفاده از مواد شیمیایی نیروی محرکه — است که به طور منظم سوزاندن سوخت موشک — و خورشیدی برق سیستم محرکه.

شیمیایی نیروی محرکه سیستم های ارائه بسیاری از رانش اما راکت شیمیایی نیست به خصوص کارآمد و سوخت موشک نیست که انرژی متراکم. زحل V موشک است که در زمان فضانوردان به ماه تولید 35 میلیون نیوتن نیرو در شروع و انجام شده 950,000 گالن سوخت. در حالی که بسیاری از این سوخت استفاده شد در گرفتن موشک به مدار محدودیت های آشکار هستند: آن طول می کشد مقدار زیادی از سوخت سنگین به هر نقطه.

برق نیروی محرکه سیستم های تولید محوری با استفاده از برق تولید شده از پانل های خورشیدی. رایج ترین راه برای انجام این کار است به استفاده از یک میدان الکتریکی برای سرعت بخشیدن به یون های مانند در سالن thruster. این دستگاه ها معمولا استفاده می شود به قدرت ماهواره ها و می توانید بیش از پنج برابر بالاتر توده بهره وری از مواد شیمیایی سیستم های. اما تولید آنها بسیار کمتر محوری — حدود سه Newtons یا فقط به اندازه کافی برای سرعت بخشیدن به ماشین از 0-60 مایل در ساعت در حدود دو ساعت و نیم. منبع انرژی — خورشید — اساسا بی نهایت اما کمتر می شود مفید دورتر از خورشید کشتی می شود.

یکی از دلایل هسته ای-مجهز به موشک در حال امیدوار کننده است چرا که آنها پیشنهاد باور نکردنی چگالی انرژی. اورانیوم به سوخت مورد استفاده در راکتورهای هسته ای دارای یک چگالی انرژی است که 4 میلیون برابر بیشتر از هیدرازین یک نمونه شیمیایی موشک سوخت. آن را بسیار آسان تر برای به دست آوردن یک مقدار کمی از اورانیوم به فضا از صدها نفر از هزاران گالن سوخت.

بنابراین آنچه در مورد رانش و انبوه بهره وری?

دو گزینه برای ایران

مهندسین طراحی شده اند دو نوع اصلی از سیستم های هسته ای برای سفر به فضا.

برای اولین بار است که به نام های هسته ای حرارتی نیروی محرکه است. این سیستم بسیار قدرتمند و نسبتا کارآمد است. آنها با استفاده از یک هسته ای شکافت راکتور — شبیه به کسانی که در زیر دریایی های هسته ای به گرما گاز مانند هیدروژن و گاز است و سپس شتاب از طریق یک نازل راکت به ارائه محوری. مهندسین ناسا تخمین می زنند که یک ماموریت به مریخ طراحی شده توسط هسته ای حرارتی نیروی محرکه خواهد بود 20%-25% کوتاه تر از یک سفر در یک ماده شیمیایی مجهز به موشک.

هسته ای حرارتی سیستم نیروی محرکه بیش از دو بار به عنوان کارآمد به عنوان سیستم های پیشرانش شیمیایی — معنی آنها تولید دو برابر رانش با استفاده از همان مقدار سوخت انبوه و ارائه می 100,000 نیوتن تراست. که نیروی کافی برای به دست آوردن یک ماشین از 0-60 مایل در ساعت در حدود یک چهارم از یک ثانیه است.

دومین هسته ای مبتنی بر موشک سیستم است که به نام هسته ای الکتریکی نیروی محرکه است. هیچ هسته ای سیستم های الکتریکی ساخته شده اند اما ایده این است به استفاده از یک قدرت بالا شکافت راکتور برای تولید برق که پس از آن که قدرت الکتریکی نیروی محرکه سیستم مانند یک سالن thruster. این امر می تواند بسیار کارآمد و حدود سه برابر بهتر از یک هسته ای حرارتی سیستم نیروی محرکه. از آنجا که راکتور هسته ای می تواند به ایجاد مقدار زیادی از قدرت بسیاری فردی الکتریکی پیشرانه می تواند عمل به طور همزمان به تولید یک مقدار خوبی از رانش.

هسته ای, سیستم برق خواهد بود که بهترین انتخاب برای بسیار طولانی-محدوده ماموریت زیرا آنها نمی نیاز به انرژی خورشیدی بسیار بالا بهره وری و می تواند نسبتا بالا تراست. اما در حالی که برق هسته ای موشک بسیار امیدوار کننده هنوز هم وجود دارد بسیاری از ویژگی های مشکلات را حل کند قبل از آنها قرار داده استفاده کنید.

چرا وجود هسته ای-صفحه راکت هنوز ؟

هسته ای حرارتی سیستم محرکه مورد مطالعه قرار گرفته است پس از 1960s اما هنوز پرواز در فضا.

مقررات برای اولین بار اعمال شده در ایالات متحده در دهه 1970 اساسا مورد نیاز مورد بررسی و تصویب هر گونه هسته ای فضای پروژه از چندین سازمان های دولتی و صریح تایید از رئیس جمهور است. همراه با کمبود بودجه برای هسته ای موشک سیستم تحقیقات این محیط مانع بهبود بیشتر از راکتورهای هسته ای برای استفاده در فضا است.

که همه تغییر که مغلوب ساختن پیشی جستن دولت صادر تفاهم نامه ریاست جمهوری در ماه اوت سال 2019. در حالی که نیاز به نگه داشتن هسته ای راه اندازی به عنوان امن به عنوان امکان پذیر است, دستور جدید اجازه می دهد تا برای ماموریت های هسته ای با مقادیر کمتر از مواد هسته ای را به جست و خیز چند آژانس فرآیند تصویب. تنها حمایت سازمان مانند ناسا برای مثال نیاز به گواهی که ماموریت مطابق با توصیه های ایمنی. بزرگتر هسته ای ماموریت را از طریق فرایند مشابه به عنوان قبل از.

همراه با این نسخه از مقررات ناسا دریافت 100 میلیون دلار در سال 2019 بودجه به توسعه هسته ای حرارتی نیروی محرکه است. دارپا نیز در حال توسعه فضا های هسته ای حرارتی سیستم نیروی محرکه برای فعال کردن امنیت ملی عملیات فراتر از مدار زمین.

پس از 60 سال از رکود ممکن است یک ایران مجهز به موشک خواهد شد از رفتن به فضا در یک دهه. این بازی هیجان انگیز از دستیابی به طلیعه چیزی بودن در یک دوره جدیدی از اکتشافات فضایی. مردم به مریخ بروید و آزمایش های علمی را به اکتشافات جدید در سراسر منظومه شمسی و فراتر از آن.

این مقاله چاپ از مکالمه تحت Creative Commons. نظرات بیان شده کسانی هستند که از این نویسنده است و لزوما منعکس کننده دیدگاه ها از ناشر است.