NASA planifikon të dërgojë misione me ekuipazh drejt Marsit në dekadën e ardhshme—por udhëtimi prej 140 milionë miljesh (225 milionë kilometrash) drejt planetit të kuq mund të zgjasë disa muaj deri në vite për vajtje-ardhje.
Kjo kohë relativisht e gjatë e tranzitit është rezultat i përdorimit të karburantit tradicional të raketave kimike. Një teknologji alternative për raketat me shtytje kimike që agjencia zhvillon tani quhet shtytje termike bërthamore, e cila përdor ndarjen bërthamore dhe mund një ditë të fuqizojë një raketë që bën udhëtimin në vetëm gjysmën e kohës.
Ndarja bërthamore përfshin shfrytëzimin e sasisë së madhe të energjisë që çlirohet kur një atom ndahet nga një neutron. Kjo reaksion njihet si reaksion i ndarjes. Teknologjia e ndarjes është e mirë e vendisurnë gjenerimin e energjisë dhe nëndetëset e fuqizuara me energji bërthamore, dhe aplikimi i saj për të drejtuar ose fuqizuar një raketë mund një ditë t’i japë NASA-s një alternativë më të shpejtë dhe më të fuqishme ndaj raketave të drejtuara kimikisht.
NASA dhe Agjencia e Projekteve Kërkimore të Avancuara të Mbrojtjes (DARPA) po zhvillojnë së bashku teknologjinë NTP. Ata planifikojnë të vendosin dhe demonstrojnë aftësitë e një sistemi prototip në hapësirë në vitin 2027—duke e bërë potencialisht njërën nga të parat e këtij lloji që do të ndërtohet dhe operohet nga SHBA.
Shtytja termike bërthamore mund një ditë të fuqizojë gjithashtu platforma hapësinore të manovrueshme që do të mbrojnë satelitët amerikanë brenda dhe përtej orbitës së Tokës. Por teknologjia është ende në zhvillim.
Unë jam një profesor i asociuar i inxhinierisë bërthamore në Institutin e Teknologjisë në Georgia, dhe grupi im kërkimor ndërton modele dhe simulime për të përmirësuar dhe optimizuar dizajnet për sistemet e shtytjes termike bërthamore. Shpresa dhe pasioni im është të ndihmoj në projektimin e motorit të shtytjes termike bërthamore që do të çojë një mision me ekuipazh në Mars.
Shtytja bërthamore kundrejt asaj kimike
Sistemet konvencionale të shtytjes kimike përdorin një reaksion kimik që përfshin një shtytës të lehtë, si hidrogjeni, dhe një oksidues. Kur përzihen së bashku, këto dy elemente ndizën, gjë që rezulton në largimin e shtytësit nga gryka me shpejtësi të lartë për të shtyrë raketën.
Këto sisteme nuk kërkojnë ndonjë lloj sistemi ndezës, kështu që janë të besueshme. Por këto raketa duhet të mbajnë oksigjen me vete në hapësirë, gjë që mund t’i rëndojë ato. Në ndryshim nga sistemet e shtytjes kimike, sistemet e shtytjes termike bërthamore mbështeten në reaksione të ndarjes bërthamore për të ngrohur shtytësin që më pas nxirret nga gryka për të krijuar forcën shtytëse ose nxitjen.
Në shumë reaksione të ndarjes, studiuesit dërgojnë një neutron drejt një izotopi më të lehtë të uraniumit, uranium-235. Uraniumi thith neutronin, duke krijuar uranium-236. Uraniumi-236 më pas ndahet në dy fragmente—produktet e ndarjes—dhe reaksioni emeton disa grimca të përziera.
Mbi 400 reaktorë bërthamorë të energjisë që janë në operim në mbarë botën përdorin aktualisht teknologjinë e ndarjes bërthamore. Shumica e këtyre reaktorëve bërthamorë të energjisë në funksion janë reaktorë me ujë të lehtë. Këta reaktorë përdorin ujë për të ngadalësuar neutronet dhe për të thithur dhe transferuar nxehtësinë. Uji mund të krijojë avull direkt në bërthamë ose në një gjenerator avulli, i cili drejton një turbinë për të prodhuar energji elektrike.
Sistemet e shtytjes termike bërthamore operojnë në një mënyrë të ngjashme, por ato përdorin një lëndë djegëse bërthamore të ndryshme që ka më shumë uranium-235. Ato gjithashtu operojnë në një temperaturë shumë më të lartë, gjë që i bën ato jashtëzakonisht të fuqishme dhe kompakte. Sistemet e shtytjes termike bërthamore kanë rreth 10 herë më shumë densitet të fuqisë sesa një reaktor tradicional me ujë të lehtë.
Shtytja bërthamore mund të ketë një avantazh ndaj asaj kimike për disa arsye.
Shtytja bërthamore do të nxirrte shtytësin nga gryka e motorit me shumë shpejtësi, duke gjeneruar një forcë të lartë shtytëse. Kjo shtytje e lartë i lejon raketës të përshpejtohet më shpejt.
Këto sisteme kanë gjithashtu një impuls specifik të lartë. Impulsi specifik mat se sa në mënyrë efikase përdoret shtytësi për të gjeneruar shtytje. Sistemet e shtytjes termike bërthamore kanë rreth dy herë impulsin specifik të raketave kimike, që do të thotë se ato mund të shkurtojnë kohën e udhëtimit për një faktor prej 2.
Historia e shtytjes termike bërthamore
Prej dekadash, qeveria e SHBA ka financuar zhvillimin e teknologjisë së shtytjes termike bërthamore. Midis viteve 1955 dhe 1973, programe në NASA, General Electric dhe Laboratorët Kombëtarë Argonne prodhuan dhe testuan në tokë 20 motorë të shtytjes termike bërthamore.
Por këto dizajne para vitit 1973 mbështeteshin në lëndë djegëse uraniumi shumë të pasur. Kjo lëndë djegëse nuk përdoret më për shkak të rreziqeve të përhapjes, ose rreziqeve që kanë të bëjnë me përhapjen e materialeve dhe teknologjisë bërthamore.
Iniciativa Globale e Reduktimit të Kërcënimit, e nisur nga Departamenti i Energjisë dhe Administrata Kombëtare e Sigurisë Bërthamore, synon të konvertojë shumë nga reaktorët kërkimorë që përdorin lëndë djegëse uraniumi shumë të pasur në lëndë djegëse uraniumi të pasur në nivel të ulët, ose HALEU.
Lëndët djegëse me uranium të pasur në nivel të ulët kanë më pak material të aftë për të kaluar një reaksion ndarjeje, krahasuar me lëndët djegëse me uranium shumë të pasur. Pra, raketat duhet të kenë më shumë karburant HALEU të ngarkuar, gjë që e bën motorin më të rëndë. Për të zgjidhur këtë çështje, studiuesit po kërkojnë materiale të veçanta që do të përdorin karburantin më efikas në këto reaktorë.
