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| © Foto: JSC "Ufficio di progettazione "Arsenale" |
RIA Novosti, Tatyana Pichugina.
La NASA ha selezionato le aziende che creeranno prototipi di motori nucleari per veicoli spaziali. In Europa si parla dello sviluppo di piccoli reattori modulari per il trasporto interplanetario. In Russia, il progetto del rimorchiatore nucleare viene annunciato ai massimi livelli. Qual è il vantaggio di questi programmi rispetto ai tradizionali motori a razzo - nel materiale RIA Novosti. Chi sarà il primo a creare un'astronave ad alta velocità a propulsione nucleare. Gli scienziati promettono di creare un motore spaziale nucleare entro la fine del decennio
All'alba dell'era nucleare
A metà del XX secolo apparve l’idea di utilizzare l’energia nucleare per scopi spaziali. Gli scienziati hanno proposto di sostituire la camera di combustione di un motore a razzo con un reattore nucleare, facendo passare l'idrogeno liquido attraverso il suo nucleo, riscaldandolo a diverse migliaia di Kelvin e rilasciando il gas risultante dagli ugelli. Questo tipo di motore venne chiamato termico nucleare. Un’altra opzione è quella di combinare l’energia termica del reattore e un motore a razzo elettrico.
Durante gli anni '60, la propulsione nucleare venne sviluppata attivamente in tutto il mondo. Nell'URSS hanno raggiunto una spinta specifica fino a 9.000, negli Stati Uniti fino a 7.500 metri al secondo . A quel punto divenne chiaro che tali installazioni erano instabili e pericolose, inoltre apparvero nuovi motori liquidi e la prospettiva di voli nello spazio profondo fu posticipata a tempo indeterminato. Gli americani hanno progettato e testato 23 reattori nucleari per lo spazio, ma non ne hanno mai lanciato uno.
Nel 1986, l’incidente di Chernobyl fermò quasi tutti i lavori nell’URSS. In Russia, i progetti per la creazione di un motore nucleare sono ripresi dopo il 2010.
Negli USA sono state fissate delle scadenze
Negli ultimi anni si è risvegliato l’interesse per la creazione di un veicolo spaziale con una potente centrale elettrica. Gli scienziati propongono una varietà di progetti che utilizzano fonti di energia nucleare, termonucleare e solare.
Potenti motori promettono la consegna di decine di tonnellate di carico nell'orbita geostazionaria e sulla Luna , nuovi modi per sbarazzarsi dei detriti spaziali e proteggere gli asteroidi e le comete. Inoltre, riducono significativamente il tempo di volo su Marte e altri pianeti, il che rende abbastanza fattibili le spedizioni con equipaggio nello spazio profondo.
Tre anni fa, la NASA ha annunciato l'intenzione di creare due tipi di motori nucleari: termici ed elettrici. Ai produttori è stato chiesto di presentare idee, tra le quali le migliori sarebbero state selezionate per ulteriori finanziamenti.
I motori esistenti sono sufficienti per l’esplorazione dello spazio profondo con veicoli automatici. Ma nei prossimi decenni tutto cambierà, crede la NASA. In particolare, l'agenzia è interessata ad una missione con equipaggio su Marte, che includa il ritorno degli astronauti.
Ora il volo su Marte e ritorno durerà circa quattro anni. Durante questo periodo, le persone riceveranno dosi letali di radiazioni. L'energia nucleare può essere completata in due anni, il che ridurrà significativamente i rischi per la salute dell'equipaggio e il livello di stress derivante da un lungo viaggio pericoloso. Puoi portare a bordo molto meno carico, inoltre il motore nucleare è più compatto e non necessita di rifornimento di carburante.
La direzione è supervisionata dal Marshall Space Center della NASA in Alabama in collaborazione con organizzazioni scientifiche. Gli scienziati stanno testando nuovi tipi di combustibile per i reattori. Ci sono molti problemi irrisolti, ad esempio l'alta temperatura: circa cinquemila Kelvin. Per lavorare in tali condizioni, è necessario creare materiali speciali.
Concetto di rimorchiatore spaziale a propulsione nucleare della NASA
A gennaio è trapelata ai media la notizia che la NASA intende testare un motore a propulsione nucleare già nel 2027. L'Ufficio per i progetti di ricerca avanzata del Dipartimento della Difesa americano - DARPA , che ha già attirato General Atomics, Lockheed Martin e Blue Origin di John Bezos , si è unito ai lavori . Per quest'anno sono stati stanziati 110 milioni di dollari per questi scopi.
Alla fine di luglio la DARPA ha scelto il produttore di aerei Lockheed Martin. Le è stato assegnato il compito di sviluppare il progetto, prototipare il motore e il razzo e condurre test. Il reattore sarà costruito da BWX Technologies. Il progetto è finanziato dal programma DRACO (Demonstration Rocket for Rapid Assault beyond Lunar Orbit) da 500 milioni di dollari.
A differenza dei primi progetti della metà del secolo scorso, quelli attuali utilizzeranno uranio arricchito invece di uranio per armi. Il reattore deve essere acceso solo dopo la passeggiata spaziale per ridurre al minimo le conseguenze per la Terra in caso di incidente. Il volo di prova si svolgerà in un'orbita ad un'altitudine di 700-2000 chilometri. Ciò garantisce che il razzo e il reattore rimangano lì per almeno 300 anni fino al decadimento dei pericolosi elementi radioattivi.
In ottobre si è saputo che il Laboratorio di ricerca dell'aeronautica americana aveva aperto un altro programma - JETSON - per finanziare progetti per lo sviluppo di razzi nucleari orbitali. Sono stati firmati contratti con le società di energia nucleare Intuitive Machines (il loro lander dovrebbe essere lanciato sulla Luna questo dicembre), Lockheed Martin e Westinghouse Government Services per costruire piccoli motori a razzo nucleare per i satelliti fino al 2025.
Rimorchiatore nucleare denominato "Zeus"
Solo il nostro Paese ha esperienza nella gestione di centrali nucleari con reattori nello spazio. Negli anni '60 e '80 furono testati sui veicoli spaziali della serie Cosmos e sui dispositivi scientifici e tecnologici sperimentali Plasma-A.
In Russia, da più di dieci anni si lavora per creare un modulo di trasporto energetico (TEM) basato su una centrale nucleare della classe megawatt. Diventerà la base di un rimorchiatore spaziale. Nel 2020, su iniziativa dell’allora capo di Roscosmos , Dmitry Rogozin , fu chiamato “Zeus” (l’intero programma si chiama “Nuklon”) . E presto hanno presentato lo schema.
Il TEM si basa su un lungo telaio, grazie al quale il combustibile nucleare sarà separato il più possibile dal compartimento principale con attrezzature e persone. Il motore è un reattore nucleare compatto, un sistema per convertire l'energia termica in energia elettrica, un sistema per raccogliere il calore in eccesso, motori ionici di propulsione con una potenza fino a diverse decine di kilowatt e un impulso specifico di oltre settemila secondi.
Il TEM, pronto per una missione spaziale, sarà assemblato e testato sulla Terra, poi piegato verrà lanciato in parti in un'orbita a un'altitudine di oltre 800 chilometri, dove sarà testato, il reattore sarà lanciato e agganciato al modulo di carico utile. Poi arriva l'accelerazione lungo una traiettoria a spirale verso la passeggiata nello spazio, lo sganciamento e il ritorno all'orbita terrestre bassa. La durata di vita di un tale motore è di dieci anni. Durante questo periodo effettuerà diversi voli.
In precedenza era stato riferito che il progetto preliminare del rimorchiatore spaziale dovrebbe essere pronto entro la metà del 2024.
Secondo il direttore generale del Centro Keldysh, Vladimir Koshlakov, i test del dispositivo di raffreddamento dell'emettitore di goccioline per il reattore Zeus avranno luogo sulla ISS nel 2024. In precedenza, l'ex primo vice capo di Roscosmos Yuri Urlichich aveva annunciato lo sviluppo di un prototipo di centrale nucleare nel 2025. L'assemblaggio del rimorchiatore spaziale dovrebbe iniziare nel 2030.
Durante una visita a RSC Energia il 26 ottobre, Vladimir Putin ha espresso sostegno alla creazione di un rimorchiatore nucleare.
"Al momento non conosco i dettagli relativi al finanziamento previsto, ma sicuramente non rinunceremo a questo argomento e forniremo la somma di denaro necessaria per la realizzazione del programma", ha detto il capo dello Stato. aggiungendo che l'esplorazione dello spazio profondo è impossibile senza questo.
Un potente rimorchiatore a propulsione elettrica a energia solare (SEP) è attualmente in fase di creazione presso la NASA. È più leggero di altri tipi di trasporto, rendendo più facile il lancio in orbita. Una macchina del genere è promettente per il lavoro nello spazio vicino alla Terra. Il suo elemento chiave è una batteria solare con una superficie di 800 metri quadrati e una potenza elettrica di 300 kilowatt. L'energia generata in essi alimenterà direttamente il motore allo xeno.
Un'altra idea promettente è un motore termonucleare. Ad esempio, gli scienziati dell'Università di Washington hanno riferito del loro lavoro al riguardo. Con una tale installazione, il volo su Marte richiederà un mese, tre al massimo. I ricercatori hanno già testato vari elementi di progettazione in laboratorio e sono giunti alla conclusione che, in linea di principio, è possibile creare una tale fonte di energia per lo spazio. Richiederà pochissimo carburante; il problema principale è avviare una reazione termonucleare e trattenere il plasma con forti campi magnetici. In sostanza, devi illuminare un piccolo sole all'interno del razzo. Finora questo è stato possibile solo per pochi microsecondi.
Il concetto di un'astronave con un motore a propulsione termonucleare
Nel mese di luglio, gli scienziati della società britannica Pulsar Fusion hanno riferito della costruzione del più grande motore termonucleare, che misura otto metri. Creerà direttamente la spinta del getto, bypassando la conversione dell’energia termica in energia elettrica. Un sistema del genere è molto più efficiente e può accelerare la nave fino a velocità superiori a 800 chilometri all'ora. Si prevede che la reazione termonucleare nell'impianto venga innescata nel 2027.
Ma il pensiero scientifico va oltre. Perché non accelerare l'astronave fino alla velocità della luce e oltre? Per fare ciò, gli scrittori di fantascienza hanno inventato un motore a curvatura che utilizza strutture spazio-temporali chiamate deformazioni (bolle). Si muovono nello spazio a velocità costante, mantenendo la loro forma. La curvatura richiede un'enorme quantità di energia per muoversi. Molto spesso, come fonte vengono proposte varie forme esotiche di materia, come l'energia negativa. Tuttavia, gli scienziati dell'Università di Gottinga hanno calcolato che con quelli ordinari si può cavarsela. I teorici affermano che con un motore a curvatura è possibile volare nel sistema stellare più vicino a noi, Proxima Centauri, nel giro di pochi anni. Inoltre, le deformazioni non rallentano il tempo per le persone che si trovano in un'astronave all'interno di una “bolla”. Il tempo scorre lì allo stesso modo che fuori. Quindi, quando torneranno sulla Terra, i viaggiatori avranno la stessa età dei loro coetanei. Resta da capire dove trovare l'energia per un motore del genere.
Confronto dei tempi di volo con diversi motori a razzo
A metà del XX secolo apparve l’idea di utilizzare l’energia nucleare per scopi spaziali. Gli scienziati hanno proposto di sostituire la camera di combustione di un motore a razzo con un reattore nucleare, facendo passare l'idrogeno liquido attraverso il suo nucleo, riscaldandolo a diverse migliaia di Kelvin e rilasciando il gas risultante dagli ugelli. Questo tipo di motore venne chiamato termico nucleare. Un’altra opzione è quella di combinare l’energia termica del reattore e un motore a razzo elettrico.
Durante gli anni '60, la propulsione nucleare venne sviluppata attivamente in tutto il mondo. Nell'URSS hanno raggiunto una spinta specifica fino a 9.000, negli Stati Uniti fino a 7.500 metri al secondo . A quel punto divenne chiaro che tali installazioni erano instabili e pericolose, inoltre apparvero nuovi motori liquidi e la prospettiva di voli nello spazio profondo fu posticipata a tempo indeterminato. Gli americani hanno progettato e testato 23 reattori nucleari per lo spazio, ma non ne hanno mai lanciato uno.
Nel 1986, l’incidente di Chernobyl fermò quasi tutti i lavori nell’URSS. In Russia, i progetti per la creazione di un motore nucleare sono ripresi dopo il 2010.
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| © Illustrazione di RIA Novosti. iStock, NASA |
Negli ultimi anni si è risvegliato l’interesse per la creazione di un veicolo spaziale con una potente centrale elettrica. Gli scienziati propongono una varietà di progetti che utilizzano fonti di energia nucleare, termonucleare e solare.
Potenti motori promettono la consegna di decine di tonnellate di carico nell'orbita geostazionaria e sulla Luna , nuovi modi per sbarazzarsi dei detriti spaziali e proteggere gli asteroidi e le comete. Inoltre, riducono significativamente il tempo di volo su Marte e altri pianeti, il che rende abbastanza fattibili le spedizioni con equipaggio nello spazio profondo.
Tre anni fa, la NASA ha annunciato l'intenzione di creare due tipi di motori nucleari: termici ed elettrici. Ai produttori è stato chiesto di presentare idee, tra le quali le migliori sarebbero state selezionate per ulteriori finanziamenti.
I motori esistenti sono sufficienti per l’esplorazione dello spazio profondo con veicoli automatici. Ma nei prossimi decenni tutto cambierà, crede la NASA. In particolare, l'agenzia è interessata ad una missione con equipaggio su Marte, che includa il ritorno degli astronauti.
Ora il volo su Marte e ritorno durerà circa quattro anni. Durante questo periodo, le persone riceveranno dosi letali di radiazioni. L'energia nucleare può essere completata in due anni, il che ridurrà significativamente i rischi per la salute dell'equipaggio e il livello di stress derivante da un lungo viaggio pericoloso. Puoi portare a bordo molto meno carico, inoltre il motore nucleare è più compatto e non necessita di rifornimento di carburante.
La direzione è supervisionata dal Marshall Space Center della NASA in Alabama in collaborazione con organizzazioni scientifiche. Gli scienziati stanno testando nuovi tipi di combustibile per i reattori. Ci sono molti problemi irrisolti, ad esempio l'alta temperatura: circa cinquemila Kelvin. Per lavorare in tali condizioni, è necessario creare materiali speciali.
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A gennaio è trapelata ai media la notizia che la NASA intende testare un motore a propulsione nucleare già nel 2027. L'Ufficio per i progetti di ricerca avanzata del Dipartimento della Difesa americano - DARPA , che ha già attirato General Atomics, Lockheed Martin e Blue Origin di John Bezos , si è unito ai lavori . Per quest'anno sono stati stanziati 110 milioni di dollari per questi scopi.
Alla fine di luglio la DARPA ha scelto il produttore di aerei Lockheed Martin. Le è stato assegnato il compito di sviluppare il progetto, prototipare il motore e il razzo e condurre test. Il reattore sarà costruito da BWX Technologies. Il progetto è finanziato dal programma DRACO (Demonstration Rocket for Rapid Assault beyond Lunar Orbit) da 500 milioni di dollari.
A differenza dei primi progetti della metà del secolo scorso, quelli attuali utilizzeranno uranio arricchito invece di uranio per armi. Il reattore deve essere acceso solo dopo la passeggiata spaziale per ridurre al minimo le conseguenze per la Terra in caso di incidente. Il volo di prova si svolgerà in un'orbita ad un'altitudine di 700-2000 chilometri. Ciò garantisce che il razzo e il reattore rimangano lì per almeno 300 anni fino al decadimento dei pericolosi elementi radioattivi.
In ottobre si è saputo che il Laboratorio di ricerca dell'aeronautica americana aveva aperto un altro programma - JETSON - per finanziare progetti per lo sviluppo di razzi nucleari orbitali. Sono stati firmati contratti con le società di energia nucleare Intuitive Machines (il loro lander dovrebbe essere lanciato sulla Luna questo dicembre), Lockheed Martin e Westinghouse Government Services per costruire piccoli motori a razzo nucleare per i satelliti fino al 2025.
Rimorchiatore nucleare denominato "Zeus"
Solo il nostro Paese ha esperienza nella gestione di centrali nucleari con reattori nello spazio. Negli anni '60 e '80 furono testati sui veicoli spaziali della serie Cosmos e sui dispositivi scientifici e tecnologici sperimentali Plasma-A.
In Russia, da più di dieci anni si lavora per creare un modulo di trasporto energetico (TEM) basato su una centrale nucleare della classe megawatt. Diventerà la base di un rimorchiatore spaziale. Nel 2020, su iniziativa dell’allora capo di Roscosmos , Dmitry Rogozin , fu chiamato “Zeus” (l’intero programma si chiama “Nuklon”) . E presto hanno presentato lo schema.
Il TEM si basa su un lungo telaio, grazie al quale il combustibile nucleare sarà separato il più possibile dal compartimento principale con attrezzature e persone. Il motore è un reattore nucleare compatto, un sistema per convertire l'energia termica in energia elettrica, un sistema per raccogliere il calore in eccesso, motori ionici di propulsione con una potenza fino a diverse decine di kilowatt e un impulso specifico di oltre settemila secondi.
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In precedenza era stato riferito che il progetto preliminare del rimorchiatore spaziale dovrebbe essere pronto entro la metà del 2024.
Secondo il direttore generale del Centro Keldysh, Vladimir Koshlakov, i test del dispositivo di raffreddamento dell'emettitore di goccioline per il reattore Zeus avranno luogo sulla ISS nel 2024. In precedenza, l'ex primo vice capo di Roscosmos Yuri Urlichich aveva annunciato lo sviluppo di un prototipo di centrale nucleare nel 2025. L'assemblaggio del rimorchiatore spaziale dovrebbe iniziare nel 2030.
Durante una visita a RSC Energia il 26 ottobre, Vladimir Putin ha espresso sostegno alla creazione di un rimorchiatore nucleare.
"Al momento non conosco i dettagli relativi al finanziamento previsto, ma sicuramente non rinunceremo a questo argomento e forniremo la somma di denaro necessaria per la realizzazione del programma", ha detto il capo dello Stato. aggiungendo che l'esplorazione dello spazio profondo è impossibile senza questo.
Più veloce della velocità della luce
Un potente rimorchiatore a propulsione elettrica a energia solare (SEP) è attualmente in fase di creazione presso la NASA. È più leggero di altri tipi di trasporto, rendendo più facile il lancio in orbita. Una macchina del genere è promettente per il lavoro nello spazio vicino alla Terra. Il suo elemento chiave è una batteria solare con una superficie di 800 metri quadrati e una potenza elettrica di 300 kilowatt. L'energia generata in essi alimenterà direttamente il motore allo xeno.
Un'altra idea promettente è un motore termonucleare. Ad esempio, gli scienziati dell'Università di Washington hanno riferito del loro lavoro al riguardo. Con una tale installazione, il volo su Marte richiederà un mese, tre al massimo. I ricercatori hanno già testato vari elementi di progettazione in laboratorio e sono giunti alla conclusione che, in linea di principio, è possibile creare una tale fonte di energia per lo spazio. Richiederà pochissimo carburante; il problema principale è avviare una reazione termonucleare e trattenere il plasma con forti campi magnetici. In sostanza, devi illuminare un piccolo sole all'interno del razzo. Finora questo è stato possibile solo per pochi microsecondi.
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| © EurekAlert!x/Università di Washington, MSNW |
Nel mese di luglio, gli scienziati della società britannica Pulsar Fusion hanno riferito della costruzione del più grande motore termonucleare, che misura otto metri. Creerà direttamente la spinta del getto, bypassando la conversione dell’energia termica in energia elettrica. Un sistema del genere è molto più efficiente e può accelerare la nave fino a velocità superiori a 800 chilometri all'ora. Si prevede che la reazione termonucleare nell'impianto venga innescata nel 2027.
Ma il pensiero scientifico va oltre. Perché non accelerare l'astronave fino alla velocità della luce e oltre? Per fare ciò, gli scrittori di fantascienza hanno inventato un motore a curvatura che utilizza strutture spazio-temporali chiamate deformazioni (bolle). Si muovono nello spazio a velocità costante, mantenendo la loro forma. La curvatura richiede un'enorme quantità di energia per muoversi. Molto spesso, come fonte vengono proposte varie forme esotiche di materia, come l'energia negativa. Tuttavia, gli scienziati dell'Università di Gottinga hanno calcolato che con quelli ordinari si può cavarsela. I teorici affermano che con un motore a curvatura è possibile volare nel sistema stellare più vicino a noi, Proxima Centauri, nel giro di pochi anni. Inoltre, le deformazioni non rallentano il tempo per le persone che si trovano in un'astronave all'interno di una “bolla”. Il tempo scorre lì allo stesso modo che fuori. Quindi, quando torneranno sulla Terra, i viaggiatori avranno la stessa età dei loro coetanei. Resta da capire dove trovare l'energia per un motore del genere.
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| © E. Lentz |
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