การขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ในอวกาศเพื่อช่วยเดินทางไปยังดาวอังคาร... และที่อื่นๆ!

พลังงานนิวเคลียร์ไม่เพียงแต่สนับสนุนการผลิตพลังงานเท่านั้น ในขณะที่ความตึงเครียดด้านพลังงานที่เชื่อมโยงกับการรุกรานยูเครนได้เปิดโครงการพลเรือนจำนวนมากขึ้นใหม่ ในปัจจุบัน พลังของอะตอมก็สามารถขึ้นสู่อวกาศได้ในที่สุด NASA ได้ประกาศอย่างแท้จริงว่ากำลังร่วมมือกับหน่วยงานเทคโนโลยีการทหารอเมริกัน (Darpa) ในการพัฒนาจรวดอวกาศนิวเคลียร์ผ่านโครงการ DRACO (จรวดสาธิตสำหรับการปฏิบัติการ Agile Cislunarหรือ “จรวดสาธิตปฏิบัติการเปรียวภายในโซนโลก-ดวงจันทร์” ในภาษาฝรั่งเศส) แรงขับที่มีพลังทางทฤษฎีมีเป้าหมายแรกที่แสดงในทวีตของ NASA: เพื่อส่งภารกิจบรรจุมนุษย์ชุดแรกไปยังดาวเคราะห์ดาวอังคาร

https://twitter.com/NASA/status/1617906246199218177?ref_src=twsrc%5Etfw%7Ctwcamp%5Etwitterembed%7Ctwterm%5E1617906246199218177%7 Ctwgr%5Ec084dbc8019ef7e016e60ce4481acb4e9b7c3a47%7Ctwcon%5Es1_&ref_url=https%3A%2F%2Fbo-pic-franceinfo.francetelevisions.tv%2F

เพราะถ้าพระจันทร์ได้ครอบครองจิตใจมากกับความสำเร็จที่ผ่านมาภารกิจของอาร์เทมิส– ซึ่งน่าจะนำไปสู่การกลับของมนุษย์ไปยังดวงจันทร์ – ดาวเคราะห์สีแดงยังคงเป็นหัวใจของจินตนาการ ในด้านหนึ่งเป็นของ Elon Musk แต่ยังรวมถึงของ NASA ที่ทำงานมานานหลายทศวรรษเพื่อพิชิตมันด้วย ดาวเคราะห์ที่ก่อให้เกิดความท้าทายมากมายที่เครื่องยนต์ความร้อนนิวเคลียร์สามารถช่วยได้

เวลา ศัตรูของการเดินทางไปดาวอังคาร

ก่อนที่เราจะพูดถึงเครื่องยนต์ เรามาพิจารณาว่าเหตุใดการออกแบบเครื่องยนต์จึงมีความสำคัญ: เวลา ในขณะที่ดวงจันทร์ตั้งอยู่ที่ระยะทางคงที่ 384,400 กม. ดาวอังคารอยู่ห่างจากเราโดยเฉลี่ย 225 ล้านกิโลเมตร โดย 56 ล้านกิโลเมตรที่จุดสิ้นสุดของอวกาศ และ 405 ล้านกิโลเมตรที่จุดสุดยอด (และการปล่อยอวกาศไม่ได้เกิดขึ้นเป็นเส้นตรง!) การเดินทางบนดวงจันทร์ถือเป็นความท้าทายทางเทคนิคอยู่แล้ว แต่การเดินทางไปดาวอังคารเป็นอีกเรื่องหนึ่ง และจะยิ่งยากขึ้นเมื่อเราตั้งเป้าที่จะส่งคนขึ้นเครื่อง

นอกเหนือจากการลงจอดซึ่งหลายภารกิจได้จ่ายราคาไปแล้ว ความยากในการเดินทางไปยังดาวอังคารโดยมนุษย์ยังเชื่อมโยงกับเวลาในการเดินทางอีกด้วย เวลาที่ผันผวนประมาณ 180-200 วันอย่างดีที่สุด เมื่อรวมกับเวลาของการสำรวจและกลับ (การเดินทางประมาณสามปี!) ระยะเวลานี้ก่อให้เกิดปัญหาพื้นฐานสองประการ: การปกป้องสุขภาพกายที่เชื่อมโยงกับการแผ่รังสีในอวกาศ และการปกป้องสุขภาพจิตของมนุษย์ที่ถูกตัดขาดจากโลกของพวกเขาเป็นเวลานาน ระยะเวลา การลดระยะเวลานี้จึงเป็นสิ่งสำคัญในการลดความเสี่ยง และนั่นคือจุดที่อะตอมเข้ามา

เครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์เคมี

NASA พิจารณาพลังงานปรมาณูในสองรูปแบบ: เครื่องยนต์นิวเคลียร์ไฟฟ้า และเครื่องยนต์นิวเคลียร์ความร้อน มันเป็นเครื่องยนต์ประเภทที่สองที่หน่วยงานอวกาศร่วมมือกับ Darpa เครื่องยนต์ดังกล่าวทำงานโดยการถ่ายเทความร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ไปยังเชื้อเพลิงขับเคลื่อนของเหลว ความร้อนจะเปลี่ยนของเหลวให้เป็นแก๊ส ซึ่งจะขยายตัวเพื่อถูกขับออกผ่านหัวฉีดที่สร้างแรงผลักดัน แรงผลักดันซึ่งปรากฏว่า ในกรณีของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ มีมากกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า (อย่างน้อยสามครั้ง!) มากกว่าเครื่องยนต์เคมี

อ่านเพิ่มเติม: เหตุใด NASA และ ESA จึงเดิมพัน RISC V สำหรับชิปอวกาศในอนาคต(กันยายน 2565)

การระเบิดสองครั้งทำให้สามารถลดมวลเชื้อเพลิงของภารกิจได้ ซึ่ง NASA ประมาณการไว้ระหว่าง 850 ถึง 1,250 ตัน และยังสามารถ (และที่สำคัญ) สามารถลดเวลาการเดินทางของมนุษย์ไปยังดาวอังคารเหลือเพียง 100 วัน แม้กระทั่ง 45-50 วันในกรณีของเครื่องยนต์แบบไบโมดัลซึ่งจะรวมเครื่องยนต์นิวเคลียร์ความร้อนและเครื่องยนต์นิวเคลียร์ไฟฟ้าเข้าด้วยกัน ซึ่งมีกำลังน้อยกว่า แต่สามารถให้แรงขับที่คงที่และยาวนานได้

แรงขับที่ขึ้นมาจากเถ้าถ่าน

ไม่ว่าสารละลายที่เลือกจะเป็นแบบโมโนหรือไบโมดัลก็ตาม บนกระดาษ เครื่องยนต์นิวเคลียร์มีข้อได้เปรียบที่เหนือกว่าการขับเคลื่อนด้วยสารเคมีอย่างมาก แต่ยังก่อให้เกิดความเสี่ยงซึ่งมนุษยชาติไม่เคยสามารถเอาชนะได้จนถึงขณะนี้ ไม่ว่าจะด้วยเหตุผลทางเทคนิคหรือทางการเมือง ในด้านเทคนิค เห็นได้ชัดว่าเป็นวัสดุที่ฟิชชันได้ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาแรกๆ ไม่มีความเข้มข้นของพลเรือนที่ “ดี”: ต้องการพื้นที่ น้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบเครื่องจักร ดังนั้นจึงเป็นวัสดุทางทหารที่ได้รับการคัดสรรมาอย่างดี นี่เป็นเหตุผลที่ผลักดันให้ NASA เข้าร่วมโครงการ Darpa ซึ่งยังคงเป็นผู้รับเหมาหลักและเป็นคนเดียวที่สามารถรับวัสดุกัมมันตภาพรังสีคุณภาพนี้ได้

ในอดีต ชาวอเมริกันและโซเวียตต่างทำงานเกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ โครงการ American Orion ในยุค 50 และ 60 พยายามใช้พลังแห่งการระเบิด (!) เพื่อขับเคลื่อนเรือสู่อวกาศ โครงการซึ่งท้ายที่สุดก็ถูกฝังไว้หลังจากสนธิสัญญาห้ามทดสอบนิวเคลียร์บางส่วนฉบับแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1960 เครื่องยนต์ที่ใกล้เคียงที่สุดที่กำลังพัฒนาก็เป็นของอเมริกาเช่นกัน เรียกว่าเนอร์วา (เครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับการใช้งานยานพาหนะจรวด) โครงการนี้รับช่วงต่อจากกลุ่มดาวนายพรานระหว่างปี พ.ศ. 2503 ถึง พ.ศ. 2515 เครื่องยนต์นิวเคลียร์ความร้อนนี้คาดว่าจะส่งกำลังไปยังดาวอังคาร แต่การสิ้นสุดของโครงการ Appolo ถือเป็นการสิ้นสุดของมัน... และเราต้องรอจนถึงต้นปี พ.ศ. 2566 ถึง เห็นการฟื้นคืนชีพของเทคโนโลยีนี้อย่างมีประสิทธิภาพ

อ่านเพิ่มเติม: นิวเคลียร์ฟิวชัน: เร็วๆ นี้จะมีการประกาศสำคัญเกี่ยวกับการผลิตพลังงานในอนาคตหรือไม่?(ธ.ค.2565)

ในกรณีที่เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์นี้กลายเป็นจริง พลังงานนิวเคลียร์ “แรก” ในอวกาศนี้จะมีไว้เพื่อการขับเคลื่อนกำลังสูงเท่านั้น เนื่องจากเราส่งไปนานแล้วเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกด้วยไอโซโทปรังสี(RTG) ในอวกาศ อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานโดยใช้พลูโตเนียม (สหรัฐอเมริกา รัสเซีย) หรืออะเมริเซียม (ยุโรป) ซึ่งใช้ติดตั้งยานสำรวจอย่าง Cassini หรือรถแลนด์โรเวอร์อย่าง Perseverance มานานหลายทศวรรษ และทำให้สามารถให้แรงขับและ/หรือพลังงานไฟฟ้าที่มีความเข้มต่ำได้ (ซึ่งสามารถรับประกันแรงขับทางอ้อมผ่านพลังงานแบตเตอรี่ได้เช่นกัน)

สิ่งที่เหลืออยู่คือการรอสี่ปีสำหรับการบินทดสอบครั้งแรกของ DRACO ซึ่งมีกำหนดในปี 2570 หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี!

🔴 เพื่อไม่พลาดข่าวสาร 01net ติดตามเราได้ที่Google ข่าวสารetวอทส์แอพพ์-

แหล่งที่มา : นาซ่า