في سعيها للبعثات التي ستعيدنا إلى القمر ، إلى المريخ ، وما بعده ، كانت ناسا تستكشف عددًا من مفاهيم الدفع من الجيل التالي. في حين أن المفاهيم الموجودة لها مزاياها - فالصواريخ الكيميائية ذات كثافة طاقة عالية والمحركات الأيونية فعالة جدًا في استهلاك الوقود - فإن آمالنا في المستقبل تتوقف علينا في إيجاد بدائل تجمع بين الكفاءة والقوة.
تحقيقا لهذه الغاية ، يتطلع الباحثون في مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا إلى تطوير صواريخ نووية. كجزء من برنامج تطوير الألعاب المتغير التابع لوكالة ناسا ، سيشهد مشروع الدفع الحراري النووي (NTP) إنشاء مركبة فضائية عالية الكفاءة قادرة على استخدام كمية أقل من الوقود لتوصيل حمولات ثقيلة إلى الكواكب البعيدة ، وفي فترة زمنية قصيرة نسبيًا .
كما قال سوني ميتشل ، مشروع مشروع NTP في مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا ، في بيان صحفي أصدرته وكالة ناسا:
"في الوقت الذي ندفع فيه إلى النظام الشمسي ، قد يوفر الدفع النووي الخيار التكنولوجي الوحيد القابل للتطبيق حقًا لتوسيع نطاق وصول الإنسان إلى سطح المريخ وإلى عوالم أخرى. نحن متحمسون للعمل على التقنيات التي يمكن أن تفتح مساحة عميقة للاستكشاف البشري ".
ولتحقيق ذلك ، دخلت NASA في شراكة مع BWX Technologies (BWXT) ، وهي شركة للطاقة والتكنولوجيا مقرها ولاية فرجينيا ، وهي مورد رائد للمكونات النووية والوقود للحكومة الأمريكية. لمساعدة وكالة ناسا في تطوير المفاعلات الضرورية التي من شأنها دعم المهام المحتملة للطاقم في المستقبل إلى كوكب المريخ ، حصلت الشركة التابعة (BWXT للطاقة النووية ، شركة) على عقد لمدة ثلاث سنوات بقيمة 18.8 مليون دولار.
خلال هذه السنوات الثلاث التي سيعملون فيها مع وكالة ناسا ، ستوفر BWXT البيانات الفنية والبرنامجية اللازمة لتطبيق تقنية NTP. وسيتألف ذلك من تصنيع واختبار عناصر الوقود النموذجية ومساعدة وكالة ناسا على حل أي ترخيص نووي ومتطلبات تنظيمية. كما ستساعد BWXT مخططي وكالة ناسا في معالجة قضايا الجدوى وبأسعار معقولة مع برنامج NTP الخاص بهم.
وكما قال Rex D. Geveden ، رئيس BWXT والمدير التنفيذي ، عن الاتفاقية:
"يسر BWXT للغاية أن تعمل مع وكالة ناسا في برنامج الفضاء النووي المثير هذا لدعم مهمة المريخ. نحن مؤهلون بشكل فريد لتصميم وتطوير وتصنيع المفاعل والوقود لمركبة فضائية تعمل بالطاقة النووية. هذا هو الوقت المناسب لتدوير قدراتنا في سوق الفضاء حيث نرى فرص نمو طويلة الأجل في الدفع النووي والطاقة النووية السطحية.
في صاروخ NTP ، يتم استخدام تفاعلات اليورانيوم أو الديوتريوم لتسخين الهيدروجين السائل داخل المفاعل ، وتحويله إلى غاز هيدروجين مؤين (بلازما) ، والذي يتم بعد ذلك توجيهه عبر فوهة صاروخية لتوليد الدفع. تتضمن الطريقة الثانية المحتملة ، المعروفة باسم الدفع الكهربائي النووي (NEC) ، نفس المفاعل الأساسي الذي حول حرارته وطاقته إلى طاقة كهربائية والتي تعمل بعد ذلك على تشغيل محرك كهربائي.
في كلتا الحالتين ، يعتمد الصاروخ على الانشطار النووي لتوليد الدفع بدلاً من الدوافع الكيميائية ، والتي كانت الدعامة الأساسية لوكالة ناسا وجميع وكالات الفضاء الأخرى حتى الآن. بالمقارنة مع هذا الشكل التقليدي للدفع ، يقدم كلا النوعين من المحركات النووية عددًا من المزايا. الأول والأكثر وضوحًا هو كثافة الطاقة غير المحدودة تقريبًا التي توفرها مقارنة بوقود الصواريخ.
سيؤدي ذلك إلى تقليل إجمالي كمية الوقود الدافع المطلوب ، وبالتالي تقليل وزن الإطلاق وتكلفة المهام الفردية. محرك نووي أكثر قوة يعني تقليل أوقات الرحلات. وقد قدرت وكالة ناسا بالفعل أن نظام NTP يمكن أن يقوم برحلة إلى المريخ إلى أربعة أشهر بدلاً من ستة ، مما يقلل من كمية الإشعاع التي قد يتعرض لها رواد الفضاء أثناء رحلتهم.
لكي نكون منصفين ، فإن مفهوم استخدام الصواريخ النووية لاستكشاف الكون ليس جديدًا. في الواقع ، قامت وكالة ناسا باستكشاف إمكانية الدفع النووي على نطاق واسع في إطار مكتب الدفع النووي الفضائي. في الواقع ، بين عامي 1959 و 1972 ، أجرى SNPO 23 اختبارًا للمفاعل في محطة تطوير الصواريخ النووية في موقع اختبار نيفادا AEC في Jackass Flats ، نيفادا.
في عام 1963 ، أنشأ SNPO أيضًا برنامج المحرك النووي لتطبيقات المركبات الصاروخية (NERVA) لتطوير الدفع النووي الحراري لمهمة طاقم طويلة المدى إلى القمر والفضاء بين الكواكب. وقد أدى ذلك إلى إنشاء محرك NRX / XE ، وهو محرك حراري نووي معتمد من SNPO بأنه يفي بمتطلبات مهمة الطاقم إلى المريخ.
أجرى الاتحاد السوفيتي دراسات مماثلة خلال الستينيات ، على أمل استخدامها في المراحل العليا من صاروخ N-1. على الرغم من هذه الجهود ، لم تدخل أي صواريخ نووية الخدمة على الإطلاق ، بسبب مزيج من تخفيضات الميزانية ، وفقدان المصلحة العامة ، وتصفية سباق الفضاء بشكل عام بعد اكتمال برنامج أبولو.
ولكن بالنظر إلى الاهتمام الحالي باستكشاف الفضاء ، والمهمة الطموحة المقترحة على كوكب المريخ وخارجه ، يبدو أن الصواريخ النووية قد تشهد الخدمة في النهاية. أحد الأفكار الشائعة التي يتم أخذها في الاعتبار هو صاروخ متعدد المراحل يعتمد على كل من المحرك النووي والصواريخ التقليدية - وهو مفهوم يُعرف باسم "المركبة الفضائية الثنائية". أحد الداعمين الرئيسيين لهذه الفكرة هو الدكتور مايكل جي. هوتس من مركز ناسا مارشال لرحلات الفضاء.
في عام 2014 ، أجرى الدكتور Houts عرضًا يوضح كيف أن الصواريخ الثنائية (والمفاهيم النووية الأخرى) تمثل "تقنيات مغيرة للعبة لاستكشاف الفضاء". كمثال ، شرح كيف يمكن تجهيز نظام الإطلاق الفضائي (SLS) - وهي تقنية رئيسية في مهمة الطاقم المقترحة لناسا إلى المريخ - بصاروخ كيميائي في المرحلة السفلية ومحرك حراري نووي في المرحلة العليا.
في هذا الإعداد ، سيظل المحرك النووي "باردًا" حتى يصل الصاروخ إلى المدار ، وعندها سيتم نشر المرحلة العليا وسيتم تنشيط المفاعل لتوليد الدفع. تشمل الأمثلة الأخرى المذكورة في التقرير الأقمار الصناعية طويلة المدى التي يمكن أن تستكشف النظام الشمسي الخارجي وحزام كويبر والنقل السريع والفعال للمهام المأهولة في جميع أنحاء النظام الشمسي.
من المتوقع أن يستمر العقد الجديد للشركة حتى 30 سبتمبر 2019. في ذلك الوقت ، سيحدد مشروع الدفع الحراري النووي جدوى استخدام وقود اليورانيوم منخفض التخصيب. بعد ذلك ، سيقضي المشروع بعد ذلك عامًا في الاختبار وتحسين قدرته على تصنيع عناصر الوقود الضرورية. إذا سارت الأمور على ما يرام ، يمكننا أن نتوقع أن "رحلة إلى كوكب المريخ" التابعة لناسا قد تتضمن بعض المحركات النووية!
