Pracują nad napędem atomowym dla pojazdów kosmicznych

Opublikowano: 29.12.2020 | Kategorie: Nauka i technika, Wiadomości z wszechświata

Liczba wyświetleń: 2354

NASA i jej partnerzy pracują nad napędem atomowym dla pojazdów kosmicznych. Pomysł na atomowe silniki rakietowe pojawił się w latach 1940. Jednak dopiero teraz dysponujemy technologiami, które czynią realną koncepcję międzyplanetarnej podróży napędzanej energią atomową.

Co bardzo ważne, pomysły nad którymi pracuje NASA, zakładają wykorzystanie silników o napędzie atomowym poza Ziemią. Pojazdy mają być wynoszone za pomocą silników na paliwo chemiczne i dopiero poza niską orbitą okołoziemską ma uruchamiać się silnik atomowy.

Głównym wyzwaniem było zawsze zaprojektowanie bezpiecznego i lekkiego silnika o napędzie atomowym. Nowe paliwa i reaktory to zapewniają. Nadzieje z nimi związane są na tyle duże, że NASA myśli nawet o misjach załogowych korzystających z energii rozpadu jąder atomowych. „Napęd jądrowy bardzo się przyda, jeśli myślimy o podróży na Marsa i z powrotem w czasie krótszym niż dwa lata” – mówi Jeff Sheehy, główny inżynier w Space Technology Mission Directorate. Głównym wyzwaniem jest tutaj dokonanie odpowiedniego postępu w dziedzinie paliwa, dodaje.

Paliwo takie musiałoby wytrzymać bardzo wysokie temperatury oraz warunki panujące w silniku. Dwie firmy, z którymi współpracuje NASA, zapewniają, że mają odpowiednie paliwo i reaktor.

Silniki atomowe mają wykorzystywać energię z rozpadu jąder atomowym do podgrzania ciekłego wodoru do temperatury 2430 stopni Celsjusza. To aż 8-krotnie więcej niż wynosi temperatura rdzenia reaktora w typowej elektrowni atomowej. Tak podgrzany wodór ma się rozszerzać i z olbrzymią prędkością wydobywać z dysz silnika. W ten sposób będzie powstawał 2-krotnie większy ciąg na jednostkę masy paliwa niż w przypadku obecnie stosowanych paliw chemicznych. To zaś pozwoli pojazdowi poruszać się szybciej i lecieć dłużej. Dodatkową zaletą wykorzystania silnika o napędzie atomowym byłby fakt, że po dotarciu na miejsce – na przykład na orbitę jednego z księżyców Saturna – reaktor może przełączyć się z trybu pracy napędu w tryb źródła energii i przez wiele lat zasilać instrumenty naukowe umożliwiając np. wysyłanie wysokiej jakości fotografii.

Uzyskanie odpowiedniego ciągu z silnika atomowego będzie wymagało użycia wysoce wzbogaconego paliwa. Paliwo takie, jak w elektrowniach atomowych, byłoby bezpieczniejsze w użyciu, jednak w warunkach wysokiej temperatury silnika oraz obecności wysoce reaktywnego wodoru, stałoby się kruche.

Firma Ultra Safe Nuclear Corp. Technologies (USNC-Tech), która współpracuje z NASA, informuje, że wzbogaca swój uran do poniżej 20%. To więcej niż w reaktorach atomowych, ale mniej niż w broni jądrowej. Jej paliwo to mikroskopijne pokryte ceramiką kapsułki uranu umieszczone na macierzy z węglika cyrkonu. Mikrokapsułki utrzymują w miejscu produkty uboczne reakcji, a jednocześnie pozwalają na uchodzenie ciepła.

Dość podobną konstrukcję proponuje firma BWX Technologies. Pracuje ona nad mikrokapsułkami ceramicznymi oraz eksperymentuje z paliwem zamkniętym w metalowej matrycy.

Główna różnica pomiędzy projektami obu przedsiębiorstw polega na wykorzystaniu różnych moderatorów. Zadaniem moderatora jest spowolnienie neutronów z rozpadu atomowego tak, by podtrzymywały one reakcję łańcuchową. BWX umieściło swoje bloki z paliwem pomiędzy wodorkami, natomiast w projekcie USNC-Tech wykorzystano beryl w roli moderatora.

Warto tutaj wspomnieć jeszcze o jednej propozycji. Naukowcy z Plasma Physics Laboratory na Princeton University wykorzystują eksperymentalny reaktor USNC-Tech podczas prac nad własną koncepcją napędu atomowego. Reaktor służy im do podgrzewania plazmy do temperatury powyżej miliona stopni Celsjusza.

Samuel Cohen z Princeton mówi, że jest jeszcze jeden sposób na małe bezpieczne silniki o napędzie atomowym: reaktory termojądrowe. Obecnie podczas prac nad nimi wykorzystuje się zwykle deuter i tryt. Jednak zespół Cohena pracuje nad reaktorem fuzyjnym korzystającym z deuteru i helu-3. Do reakcji dochodzi w plazmie o bardzo wysokiej temperaturze, dzięki czemu powstaje bardzo mało neutronów. „Nie lubimy neutronów, gdyż mogą one zmienić materiały konstrukcyjne, jak stal, w coś na podobieństwo sera szwajcarskiego i spowodować, że staną się one radioaktywne” – mówi Cohen. Co więcej koncepcja nad którą pracują w Princeton – Direct Fusion Drive – wymaga znacznie mniej paliwa niż standardowa fuzja, a samo urządzenie może być 1000-krotnie mniejsze niż standardowe.

Napęd wykorzystujący reakcję termojądrową może, przynajmniej teoretycznie, znacząco przewyższać napęd jądrowy. Dostarczy on bowiem aż 4-krotnie więcej energii. Jednak technologia reakcji termojądrowej wciąż jest słabo rozwinięta, a specjaliści muszą pokonać wiele przeszkód jak uzyskanie i utrzymanie plazmy oraz efektywna zamiana uzyskanej energii w ciąg. Dlatego też, jak przyznaje Cohen, technologia napędu termojądrowego raczej nie będzie gotowa do końca lat 30., do czasu startu proponowanej misji załogowej na Marsa.

Tymczasem USNC-Tech ma już niewielkie prototypy oparte na swoim paliwie. „Jesteśmy na najlepszej drodze, by spełnić wymagania NASA i do roku 2027 zademonstrujemy gotowy do użycia system w skali 1:2” – zapewnia Michael Eades dyrektor ds. inżynieryjnych USNC-Tech. Później firma ma zbudować gotowy do marsjańskiej misji system napędowy w pełnej skali.

Autorstwo: Mariusz Błoński
Na podstawie: Spectrum.IEEE.org
Źródło: KopalniaWiedzy.pl

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars Liczba głosów: 9, średnia ocena: 3,00 (max 5)
Loading...

TAGI: , ,

Poznaj plan rządu!

OD ADMINISTRATORA PORTALU

Hej! Cieszę się, że odwiedziłeś naszą stronę! Naprawdę! Jeśli zależy Ci na dalszym rozpowszechnianiu niezależnych informacji, ujawnianiu tego co przemilczane, niewygodne lub ukrywane, możesz dołożyć swoją cegiełkę i wesprzeć "Wolne Media" finansowo. Darowizna jest też pewną formą „pozytywnej energii” – podziękowaniem za wiedzę, którą tutaj zdobywasz. Media obywatelskie, jak nasz portal, nie mają dochodów z prenumerat ani nie są sponsorowane przez bogate korporacje by realizowały ich ukryte cele. Musimy radzić sobie sami. Jak możesz pomóc? Dowiesz się TUTAJ. Z góry dziękuję za wsparcie i nieobojętność!

Poglądy wyrażane przez autorów i komentujących użytkowników są ich prywatnymi poglądami i nie muszą odzwierciedlać poglądów administracji "Wolnych Mediów". Jeżeli materiał narusza Twoje prawa autorskie, przeczytaj informacje dostępne tutaj, a następnie (jeśli wciąż tak uważasz) skontaktuj się z nami! Jeśli artykuł lub komentarz łamie prawo lub regulamin, powiadom nas o tym formularzem kontaktowym.

1
Dodaj komentarz

Chcesz skomentować? Zaloguj się!
  Subskrybuj  
najnowszy najstarszy
Powiadom o
edek
Użytkownik
edek

Chyba dużo ciekawszą i obiecującą jest koncepcja silnika plazmowego.