تخطط الولايات المتحدة لوضع مركبة فضائية تعمل بالطاقة النووية في المدار بحلول عام 2026
يمكن لهذه التقنية أن تقلل شهورًا من الرحلات إلى المريخ وتساعد الأقمار الصناعية الأمريكية على تجنب الهجمات.
يمكن أن تكون تكنولوجيا الصواريخ التي أيدتها وكالة ناسا منذ أكثر من 50 عامًا هي مستقبل السفر إلى الفضاء.
يطلق عليه الدفع الحراري النووي (NTP) ، ولديه القدرة على تقليل أوقات السفر إلى وجهات بعيدة بشكل كبير ، مع زيادة مرونة الإطلاق وجعل الرحلات الفضائية أكثر أمانًا لرواد الفضاء.
كما يمكن أن يجعل الأقمار الصناعية أقل عرضة لهجمات العدو - وتخطط الولايات المتحدة لإثبات ذلك في الفضاء بحلول عام 2026.
الدفع الحراري النووي
يعتمد الدفع الصاروخي على الدفع ، وأسهل طريقة لفهم ذلك هي التفكير في إطلاق فوهة البالون الذي ملأته بالهواء - عندما يخرج الهواء من الفتحة ، فإنه يرسل البالون وهو يطير في الاتجاه المعاكس. الدفع هو القوة التي تحرك البالون.
تنتج معظم محركات الصواريخ الدفع عن طريق الجمع بين الوقود (مثل الهيدروجين السائل) مع عامل مؤكسد (مثل الأكسجين السائل) وإشعال الخليط. ينتج عن هذا غاز يتم دفعه للخروج من فوهة المحرك ، ويدفع الصاروخ في الاتجاه المعاكس.
ومع ذلك ، فإن محركات الصواريخ الكيميائية ليست الخيار الوحيد.
تعد أنظمة الدفع الحراري النووي أقوى وأكثر كفاءة بمرتين من محركات الصواريخ الكيميائية.
في الخمسينيات من القرن الماضي ، بدأت ناسا في استكشاف أنظمة NTP ، التي تستخدم الانشطار النووي - عملية فصل الذرات عن بعضها - لإنتاج الحرارة اللازمة لتحويل الوقود السائل إلى غاز وإنتاج قوة الدفع.
لم يتم تصميم هذه الأنظمة حاليًا لإطلاق مركبات فضائية من سطح الأرض - حيث سيتم استخدام صاروخ كيميائي لذلك - ولكن لها فوائد هائلة للسفر في الفضاء.
تعد أنظمة NTP أكثر قوة وأكثر كفاءة بمرتين من محركات الصواريخ الكيميائية ، مما يعني أنها يمكن أن تنتج ضعف قوة الدفع التي ينتجها صاروخ كيميائي باستخدام نفس كمية الوقود الدافع.
يعتقد الخبراء أن بإمكانهم اختصار الوقت الذي يستغرقه وصول الصاروخ إلى المريخ بنسبة تصل إلى 25٪ (مما يقلل من تعرض رواد الفضاء لتهديدات مثل الإشعاع الكوني والجاذبية الصغرى والملل.
كما ستجعل محركات NTP الرحلات إلى المريخ أكثر مرونة.
نظرًا لأن الوقود ثقيل جدًا ، فإن نافذة الإطلاق الوحيدة لرحلة صاروخية كيميائية مأهولة إلى المريخ هي عندما تكون مدارات الأرض والمريخ متوائمة بشكل مثالي ، وهو ما يحدث مرة واحدة فقط كل 26 شهرًا.
تعني كفاءة نظام NTP أنه سيحتاج إلى وقود دافع أقل بكثير من صاروخ كيميائي للوصول إلى المريخ ، وحجم من اليورانيوم بالكاد بحجم الرخام. يمكن أن تحدث الرحلات حتى عندما لا تكون الأرض والمريخ في الوضع الأمثل بفضل المحرك القوي ، وهو خبر سار إذا كنت لا تستطيع الانتظار لمدة عامين لإعادة الإمداد أو الإنقاذ.
"بمجرد إرسال البشر إلى المريخ تحت صاروخ كيميائي ، عليك الانتظار ... حتى يعود المريخ والأرض مرة أخرى في نفس المكان [للعودة] ،" جون هوراك ، كرسي نيل أرمسترونج في سياسة الفضاء في ولاية أوهايو جامعة الولاية ، لـ Space Times.
وأضاف "[نظام NTP] سيسمح لك بالحضور والذهاب كما يحلو لك ، إذا جاز التعبير ، بدلاً من الاضطرار إلى الانتظار حتى تصطف الميكانيكا السماوية".
على مركبة فضائية NTP ، سيكون لرواد الفضاء خيار إجهاض مهمة إلى المريخ بعد أشهر من الرحلة بدلاً من أيام فقط.
تخطط ناسا أيضًا لتزويد صاروخ كيميائي بطاقم بوقود كافٍ فقط للوصول إلى المريخ. يجب إرسال وقود رحلة العودة إلى الكوكب الأحمر مقدمًا أو إنشاؤه باستخدام الموارد الموجودة على المريخ.
يتم استخدام معظم وقود الصواريخ الكيميائية في بداية المهمة ، للتحرر من جاذبية الأرض والتسريع إلى سرعة الانطلاق.
هذا يعني أنه في غضون أيام قليلة ، لن يكون لدى مركبة فضائية متجهة إلى المريخ مزودة بنظام دفع كيميائي وقود كافٍ للعودة إلى الأرض إذا احتاج الطاقم إلى إجهاض المهمة. على مركبة فضائية NTP ، يمكن لرواد الفضاء إجهاض حتى أشهر من الرحلة.
ما هو الجديد؟
توقفت أبحاث ناسا المبكرة في مجال الدفع النووي في عام 1972 بسبب تخفيضات الميزانية وتغيير الأولويات ، لكن الاهتمام بالتكنولوجيا بدأ في الانتعاش مرة أخرى في السنوات الأخيرة.
"تقدم التطورات التي حدثت اليوم في المواد وإمكانيات الاختبار وتطوير المفاعلات حافزًا لناسا لتقييم [NTP] كخيار جذاب للقرن الحادي والعشرين لدفع بعثات الاستكشاف البشرية إلى المريخ وغيره من الفضاء السحيق
الوجهات ، ”كتبت وكالة ناسا في عام 2018.
في يوليو 2021 ، منحت وكالة ناسا ووزارة الطاقة الأمريكية ثلاثة عقود بقيمة 5 ملايين دولار لكل منهما لشركات أمريكية لتصميم مفاعلات لأنظمة NTP التي يمكن استخدامها يومًا ما في مهمات مأهولة إلى المريخ أو مهام علمية إلى أجزاء من النظام الشمسي الخارجي.
قال جيم رويتر ، المدير المساعد لمديرية مهام تكنولوجيا الفضاء التابعة لناسا: "تعد عقود التصميم هذه خطوة مهمة نحو أجهزة مفاعل ملموسة يمكن أن تدفع يومًا ما بعثات جديدة واكتشافات مثيرة".
يمكن لمحركات DRACO أن تمنح الأقمار الصناعية الأمريكية القدرة على التهرب بسرعة من الهجمات من الأسلحة المضادة للأقمار الصناعية.
تعمل ناسا مع BWX Technologies لتطوير أنواع وقود NTP التي تستخدم اليورانيوم منخفض التخصيب بدلاً من اليورانيوم عالي التخصيب ، مما سيخفض التكاليف ويقلل من مخاطر الانتشار.
وهي تعمل أيضًا مع DARPA في برنامج DRACO. هذا المشروع ("الصاروخ الإيضاحي لعمليات Agile Cislunar") يطور محركات NTP لاستخدامها في الفضاء بين الأرض والقمر.
تسعى DARPA حاليًا إلى تقديم مقترحات للمرحلتين 2 و 3 من البرنامج ، بهدف إظهار نظام NTP في المدار في عام 2026. إذا نجح محرك DRACO ، فقد يمنح الأقمار الصناعية الأمريكية يومًا ما القدرة على التهرب بسرعة من الهجمات من الأسلحة المضادة للأقمار الصناعية .
قال ناثان غرينر ، مدير البرنامج في مكتب DARPA للتكنولوجيا التكتيكية: "للحفاظ على التفوق التكنولوجي في الفضاء ، تتطلب الولايات المتحدة قفزة في تكنولوجيا الدفع التي سيوفرها برنامج DRACO".
إذا كان برنامج DRACO قادرًا على إظهار تقنية NTP في عام 2026 ، فقد لا يمر وقت طويل قبل أن يتم تشغيل الأقمار الصناعية التي نعتمد عليها في الاتصالات والدفاع والمزيد من الأنظمة ومحمية بشكل أفضل ضد الهجمات.
ومع ذلك ، في حين أن أوقات الرحلات القصيرة من شأنها أن تقلل من تعرض رواد الفضاء للعديد من التهديدات الفضائية ، فإن تجهيز مركبة فضائية مأهولة بمفاعل نووي يمثل مخاطره الخاصة.
"أعتقد أنه سيتعين نقلها عدة مرات ... قبل أن يبيع شخص ما التذاكر."
من خلال إطلاق مركبة فضائية NTP إلى الفضاء على متن صاروخ كيميائي تقليدي ، تقلل وكالة ناسا من فرصة إيذاء الناس أثناء الإقلاع ، لكن التكاليف والعوامل الأخرى المرتبطة بإطلاق صاروخ كيميائي ستظل تنطبق على المهمة.
ستحتاج ناسا أيضًا إلى تصميم المركبة الفضائية لحماية رواد الفضاء من المفاعل النووي نفسه - ويمكن القيام بذلك باستخدام مواد متطورة لحمايتهم من الإشعاع أو وضع أماكن المعيشة بعيدًا عنها قدر الإمكان.
في النهاية ، سترغب ناسا في القيام بكل ما هو ممكن لضمان سلامة الأنظمة ، مما يعني سنوات من البحث في محركات NTP قبل أن نرى أي مهمات مأهولة مدعومة من قبلهم.
قال جيف شيهي ، كبير المهندسين في مديرية مهام تكنولوجيا الفضاء التابعة لناسا ، لشبكة CNN في عام 2021: "لم يسبق لأحد أن قام بالطيران باستخدام الدفع النووي حتى الآن. أعتقد أنه سيتعين نقله عدة مرات ... قبل أن يبيع أحد التذاكر."
إرسال تعليق