단 45일 만에 화성에 임무를 보내는 새로운 핵 로켓 설계

우리는 여러 기관이 앞으로 몇 년 안에 우주비행사를 달에 보낼 계획을 세우고 있는 새로운 우주 탐사 시대에 살고 있습니다. 이는 향후 10년 동안 NASA와 중국의 화성 유인 임무로 이어질 것이며 머지않아 다른 국가도 합류할 수 있습니다. 저궤도(LEO)와 지구-달 시스템을 넘어 우주 비행사를 데려가는 이러한 임무와 기타 임무에는 생명 유지 및 방사선 차폐부터 전력 및 추진에 이르기까지 새로운 기술이 필요합니다. 그리고 후자의 경우에는 핵열 및 원자력 전기 추진(NTP/NEP)이 최고의 경쟁자입니다!

NASA와 소련 우주 프로그램은 우주 경쟁 기간 동안 핵 추진력을 연구하는 데 수십 년을 보냈습니다. 몇 년 전 NASA는 100일 안에 화성까지 이동할 수 있는 NTP와 NEP 요소로 구성된 두 부분으로 구성된 시스템인 이중 모드 핵 추진 장치를 개발할 목적으로 핵 프로그램을 재가동했습니다. NASA는 2023년 NIAC(NASA Innovative Advanced Concepts) 프로그램의 일환으로 1단계 개발을 위한 핵 개념을 선택했습니다. 이 새로운 종류의 이중 모드 핵 추진 시스템은 "웨이브 로터 토핑 사이클"을 사용하며 화성까지의 이동 시간을 단 45일로 단축할 수 있습니다.

"웨이브 로터 토핑 사이클을 사용한 바이모달 NTP/NEP"라는 제목의 제안은 플로리다 대학의 극초음속 프로그램 분야 책임자이자 FLARE(플로리다 응용 공학 연구) 팀의 구성원인 Ryan Gosse 교수가 제시했습니다. . Gosse의 제안은 올해 NIAC가 1단계 개발을 위해 선정한 14개 제안 중 하나이며, 여기에는 관련 기술과 방법의 성숙을 지원하기 위한 12,500달러의 보조금이 포함됩니다. 다른 제안에는 혁신적인 센서, 장비, 제조 기술, 전력 시스템 등이 포함되었습니다.

Universe Today의 모든 광고 제거

단돈 3달러로 Patreon에 가입하세요!

평생 광고 없는 경험을 누리세요

핵 추진은 본질적으로 두 가지 개념으로 귀결되는데, 두 개념 모두 철저한 테스트와 검증을 거친 기술에 의존합니다. 핵열추진(NTP)의 경우 사이클은 원자로가 액체수소(LH2) 추진제를 가열하여 이를 이온화된 수소 가스(플라즈마)로 변환한 후 노즐을 통해 전달되어 추력을 생성하는 것으로 구성됩니다. 1955년에 시작된 미 공군과 원자력 위원회(AEC)의 공동 노력인 프로젝트 로버(Project Rover)를 포함하여 이 추진 시스템을 테스트하기 위한 여러 가지 시도가 있었습니다.

1959년에 NASA가 USAF를 인수하면서 프로그램은 우주 비행 응용 분야에 전념하는 새로운 단계에 들어섰습니다. 이는 결국 성공적으로 테스트된 고체 노심 원자로인 NERVA(Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application)로 이어졌습니다. 1973년 아폴로 시대(Apollo Era)가 종료되면서 프로그램 자금이 대폭 감소하여 비행 테스트가 수행되기 전에 취소되었습니다. 한편, 소련은 1965년부터 1980년 사이에 자체 NTP 개념(RD-0410)을 개발했으며 프로그램이 취소되기 전에 단일 지상 테스트를 실시했습니다.

반면, 핵 전기 추진(NEP)은 원자로를 사용하여 홀 효과 추진기(이온 엔진)에 전기를 공급합니다. 이 추진기는 전자기장을 생성하여 불활성 가스(예: 크세논)를 이온화하고 가속하여 생성합니다. 추력. 이 기술을 개발하려는 시도에는 NASA의 NSI(Nuclear Systems Initiative)가 포함됩니다. 프로메테우스 프로젝트(2003~2005). 두 시스템 모두 더 높은 Isp(비충격량) 등급, 연료 효율성 및 사실상 무제한의 에너지 밀도를 포함하여 기존 화학 추진에 비해 상당한 이점을 가지고 있습니다.

NEP 개념은 한 번에 몇 주 또는 몇 달 동안 높은 속도의 특정 추진력을 제공하는 것으로 구별되지만 추력 수준은 기존 로켓 및 NTP에 비해 상당히 낮습니다. Gosse는 전력원의 필요성으로 인해 이상적인 상황에서 열에너지 변환이 30-40%인 우주에서의 열 방출 문제도 제기된다고 말합니다. NTP NERVA 설계는 화성 및 그 너머로의 유인 임무에 선호되는 방법이지만, 이 방법에는 높은 Delta-v 임무에 적절한 초기 및 최종 질량 분율을 제공하는 문제도 있습니다.