NASA’nın Mars'taki insanlar için tek gerçekçi yolu nükleer tahriktir

"Bu, NASA'nın inşa edildiği türden bir teknoloji mücadelesi."

NASA, 1960'larda ilk olarak nükleer termal tahrik üzerine çalıştı. Roket Aracı Uygulamaları için Nükleer Enerji (NERVA) programının konsept resmi.

İnsanları Mars'a götürüp geri getirmek oldukça zor. Aslında delicesine zor. Kızıl gezegene görevleri planlarken birçok zorluk NASA ve diğer Mars öncüleri ile yüzleşir, ancak bunların arasında en önemlisi ihtiyaç duyulan itici yakıt miktarıdır.

50 yıl önce Apollo programı sırasında insanlar, kimyasal itici gücü kullanarak Ay'a gittiler, yani bir yanma odasında sıvı oksijen ve hidrojeni yakan roket motorları. Bunun, NASA'ya bir motoru hızlı bir şekilde çalıştırma ve durdurma becerisi vermek gibi avantajları vardır ve teknoloji o zamanlar uzay yolculuğu için en olgun olanıydı. O zamandan beri, birkaç yeni uzay içi itme tekniği geliştirildi. Ancak hiçbiri insanlar için kimyasal itici güçten daha iyi veya daha hızlı değildir.

Bu bir sorun. NASA'nın Mars'a dört veya daha fazla astronot göndermek için birkaç temel görevi var, ancak Ay'ın ötesine geçmek için kimyasal itiş gücüne güvenmek muhtemelen yeterli olmayacak. Bunun ana nedeni, malzemeleri ve astronotları Mars'a göndermek için çok fazla roket yakıtı gerektirmesidir. Dünya ve Mars'ın her 26 ayda bir sıraya girdiği olumlu senaryolarda bile, insanlardan Mars'a bir görev için hala 1.000 ila 4.000 metrik ton itici yakıt gerekiyor.

Bunu görselleştirmek zorsa, bunu düşünün. Blok 1B konfigürasyonuna yükseltildiğinde, NASA’nın Uzay Fırlatma Sistemi roketinin alçak Dünya yörüngesine 105 ton taşıma kapasitesi olacak. NASA, bu roketi yılda bir kez fırlatmayı bekliyor ve uçuş için maliyeti muhtemelen yaklaşık 2 milyar dolar olacak. Dolayısıyla, bir Mars görevi için yörüngeye yeterince yakıt almak için SLS roketinin en az 10 fırlatılması veya yaklaşık on yıl ve 20 milyar dolar gerekir. Sadece yakıt için.

Sonuç olarak: Mars'a gideceksek, muhtemelen bunu yapmanın başka yollarını düşünmemiz gerekir.

Nükleer olmak

Ulusal Bilimler, Mühendislik ve Tıp Akademileri'nden gelen yeni bir rapor, bu tür iki yol hakkında bazı cevaplar sunuyor. NASA'nın talebi üzerine yürütülen geniş tabanlı bir uzmanlar komitesi, 2039'da Mars'a fırlatılan bir insan görevi için iki itme aracının (nükleer termal ve nükleer elektrik) uygulanabilirliğini değerlendirdi.

Gezegen bilimi direktörü Bobby Braun, "Raporun ana çıkarımlarından biri, insanları Mars'a göndermek istiyorsak ve bunu tekrar tekrar ve sürdürülebilir bir şekilde yapmak istiyorsak, nükleer uzay itkisinin yolda olduğudur" dedi. Jet Tahrik Laboratuvarı'nda ve raporu yazan komitenin eşbaşkanı bir röportajda.

Komiteden, her biri nükleer reaksiyonlara dayanan ancak farklı şekilde çalışan belirli bir teknoloji önermesi istenmedi. Nükleer termal tahrik (NTP), bir nükleer reaktörün yanma odasının yerini aldığı ve yakıt olarak sıvı hidrojeni yaktığı bir roket motorunu içerir. Nükleer elektrik tahrik sistemi (NEP), bir fisyon reaktöründen gelen ısıyı, tıpkı Dünya'daki bir elektrik santrali gibi elektrik enerjisine dönüştürür ve daha sonra bu enerjiyi, ksenon gibi iyonize bir iticiyi hızlandırarak itme üretmek için kullanır.

Braun, Mars 2039 hedefi hakkında "Komitenin NTP konusundaki tavsiyelerine bakarsanız, son zamanlarda gerçekleştirilen temel çalışmalara dayanan agresif bir programın bizi oraya götüreceğini hissettik" dedi. "NEP için, böyle bir programın bizi oraya götürüp götüremeyeceğinin belirsiz olduğunu düşündük, ancak bizi oraya götüremeyeceği sonucuna varmadık."

Nükleer tahrik, kimyasal tahrikten önemli ölçüde daha az, genellikle 500 metrik tondan az yakıt gerektirir. Bu, kırmızı gezegende kargoyu önceden hazırlamak için birkaç ileri görev içeren bir Mars görevi için yararlı olacaktır. Nükleer itiş gücünün yakıt tüketimi, Dünya ve Mars yörüngelerinin sağladığı fırlatma fırsatlarıyla da daha tutarlı. Yaklaşık 26 ayda bir meydana gelen bazı bağlantılar sırasında, bir Mars görevini kimyasal iticilerle tamamlamak için gereken itici gaz o kadar yüksektir ki, bu mümkün değildir.

NASA için bir plan

Rapora göre NASA, 2030'larda insan görevlerinde nükleer itici gücü kullanacaksa, teknoloji geliştirmeye hemen başlaması gerekiyor. Şimdiye kadar, teşkilat nükleer itici güç konusunda hızlı hareket etme konusunda biraz sessiz kaldı. Bu, kısmen uzay ajansının Artemis Ay Programı için gerekli olan Uzay Fırlatma Sistemi roketine ve kimyasal itiş gücüne çok fazla yatırım yapmış olmasından kaynaklanıyor olabilir.

Bu nedenle, son yıllarda NASA nükleer tahrik fonu istemedi. Kongre çaba için zaten para ayırdı. 2021 mali yılında bütçe faturasında NASA, nükleer termal tahrik geliştirme için 110 milyon dolar aldı.

Braun, bu teknolojiyi geliştirmek ve 2030'ların ortalarında Mars'a kargo uçuşları başlatmak için NASA'nın Enerji Bakanlığı ve hükümetin diğer bölümleriyle birlikte çalışmasının çok daha pahalıya mal olacağını söyledi - en azından bir miktar -. Ancak, bunun NASA'nın üstlenmek için iyi konumlandırılacağı türden bir proje olduğunu söyledi.

Braun, "Bu, NASA'nın inşa edildiği türden bir teknoloji sorunu ve ulusumuzun NASA'nın üstesinden gelmesini beklediği türden bir teknoloji sorunu" dedi. "Biliyorsunuz, Apollo programına geri dönersek, NASA'nın yaratıldığı türden bir şey bu. Yani, bence yapabilirler."

Starship

Peki SpaceX'in insanları Mars'a göndermek için geliştirdiği Starship konsepti nedir? Proje, düşük maliyetli, yeniden kullanılabilir bir fırlatma sistemi geliştirerek çok fazla kimyasal iticiye ihtiyaç duyma sorununu çözmeye çalışıyor. SpaceX mühendisleri, Mars'a ulaşmak için çok fazla yakıt gerekeceğini biliyorlar, ancak Starship sık sık uçmak için ve nispeten az parayla inşa edilebilirse sorunun çözülebileceğine inanıyorlar. Temel konsept, bir Starship'i boş tanklarla yörüngeye çıkarmak ve tek bir araç Mars'a uçmadan önce alçak Dünya yörüngesindeki diğer Starshipler tarafından fırlatılan yakıtı transfer etmektir.

Braun, SpaceX'in insanları NASA'dan farklı varsayımlarla Mars'a göndermek için bir plan geliştirdiğini söyledi. "NASA'nın Mars'ta ne tür bir altyapıya ihtiyaç duyulduğu için yapma eğiliminde olduğu varsayımlarında temel bir fark olduğunu düşünüyorum" dedi.

Bu Starship'in çalışamayacağı anlamına gelmez. Bununla birlikte, Mars'a yalnızca kimyasal itici güçle bir görev yerleştirmenin zorluğunu gösteriyor. Geleneksel itiş gücünü kullanmak için, yeniden kullanım ve ağır kaldırma roketlerinin sınırlarını aşırı sınırlara kadar zorlamak gerekir - bu da SpaceX'in tamamen yeniden kullanılabilir fırlatma sistemiyle yapmaya çalıştığı şeydir.