Είναι οι πυρηνικοί πύραυλοι το μέλλον της διαστημικής εξερεύνησης;

Η διαστημική εξερεύνηση βρίσκεται στο απόγειό της με αποστολές στη Σελήνη και στον Άρη, ενώ σχεδιάζονται και επανδρωμένες αποστολές για τα επόμενα χρόνια. Ωστόσο οι αποστάσεις είναι τεράστιες και οι διαστημικές υπηρεσίες προσπαθούν να βρουν τρόπους να μειώσουν το χρόνο που απαιτείται για αυτά τα ταξίδια.

Στην ψυχροπολεμική διαστημική κούρσα, ΗΠΑ και Σοβιετική Ένωση ερεύνησαν την πιθανότητα πυρηνικής πρόωσης με projects τα οποία μπήκαν στον πάγο με την πτώση της δεύτερης. Πριν λίγα χρόνια όμως η NASA αναβίωσε το πυρηνικό της πρόγραμμα, αναπτύσσοντας ένα σύστημα δύο τμημάτων το οποίο θα μείωνε δραματικά το χρόνο του ταξιδιού για τον Άρη.

Το NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) του 2023, επέλεξε ένα πρότυπο για την πρώτη φάση ανάπτυξης το οποίο θα μπορέσει να μειώσει το χρόνο μετάβασης από την Γη στον Άρη σε μόλις 45 μέρες.

Το πρότυπο ονομάζεται Bimodal NTP/NEP with a Wave Rotor Topping Cycle και είναι ένα από τα δεκατέσσερα που επέλεξε η NAIC να χρηματοδοτήσει φέτος. Η πυρηνική πρόωση βασίζεται σε τεχνολογίες οι οποίες έχουν ήδη δοκιμαστεί και επικυρωθεί.

Για την θερμοπυρηνική πρόωση (NTP) ο κύκλος περιλαμβάνει έναν πυρηνικό αντιδραστήρα ο οποίος θερμαίνει υγρό υδρογόνο, μετατρέποντάς το σε πλάσμα το οποίο διοχετεύεται στο ακροφύσιο για να παράγει ώθηση.

Για την ηλεκτροπυρηνική πρόωση (NEP), χρησιμοποιείται ένας πυρηνικός αντιδραστήρας ο οποίος παρέχει ηλεκτρισμό σε ένα κινητήρα ιόντων, ο οποίος παράγει ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που ιονίζει και επιταχύνει ένα αδρανές αέριο όπως το ξένο για να παράγει ώθηση.

Και τα δύο συστήματα έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της συμβατικής χημικής πρόωσης, με μεγαλύτερη απόδοση, οικονομία καυσίμου και θεωρητικά ανεξάντλητη ενεργειακή πυκνότητα. Το NEP μπορεί να διατηρήσει συνεχή ώθηση για σχεδόν τρεις ώρες, αλλά το επίπεδο ώθησης είναι αρκετά χαμηλότερο από αυτό των συμβατικών πυραύλων και του NTP. Για αυτό το λόγο προτιμούνται οι προτάσεις που περιλαμβάνουν συνδυασμό NEP/NTP αφού εκμεταλλεύονται τα δυνατά σημεία και των δύο συστημάτων.

Σε συνδυασμό με έναν κινητήρα τύπου Wave Rotor (WR) ο οποίος εκμεταλλεύεται τα κύματα πίεσης που παράγουν οι αντιδράσεις για να συμπιέσει τα αέρια, η συνεχής ώθηση μπορεί να φτάσει τα 4.000 δευτερόλεπτα επιτρέποντας ένα ταξίδι στον Άρη σε 45 μέρες.

Με τη συμβατική τεχνολογία πρόωσης, μία επανδρωμένη αποστολή στον Άρη μπορεί να διαρκέσει έως και τρία χρόνια. Υπάρχει επίσης και το παράθυρο εκτόξευσης, όπου αυτές οι αποστολές μπορούν να εκτοξευτούν μόνο κάθε 26 μήνες, όταν η απόσταση Γης-Άρη είναι στο πιο κοντινό σημείο της, για να μειωθεί ο χρόνος ταξιδιού στους 6-9 μήνες. Μία μετάβαση 45 ημερών θα μειώσει τη συνολική χρονική διάρκεια των αποστολών σε μήνες αντί για χρόνια, μειώνοντας σημαντικά τους κινδύνους όπως έκθεση σε ακτινοβολία, το χρόνο που περνούν οι αστροναύτες σε συνθήκες μικροβαρύτητας και γενικότερα τους κινδύνους για την υγεία τους.