 на 2023 рік NASA обрало ядерну концепцію для першої фази розробки.){kind=link}
Kita hidup di era eksplorasi ruang angkasa baru, dengan beberapa agensi berencana mengirim astronot ke bulan di tahun-tahun mendatang. Dalam dekade berikutnya, NASA dan China akan mengirim kru ke Mars, dan negara lain akan segera bergabung dengan mereka. Ini dan misi lain yang akan membawa astronot melampaui orbit Bumi rendah (LOO) dan sistem Bumi-Bulan membutuhkan teknologi baru mulai dari dukungan kehidupan dan perlindungan radiasi hingga energi dan propulsi. Dan dalam hal yang terakhir, Nuclear Thermal and Nuclear Electric Propulsion (NTP/NEP) adalah penantang utama untuk meraih kemenangan!
Sebagai bagian dari program NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) 2023, NASA telah memilih konsep nuklir untuk tahap pertama pengembangan. Pembangkit listrik tenaga nuklir bimodal kelas baru ini menggunakan "siklus gelombang akselerasi rotor" dan dapat mengurangi waktu penerbangan ke Mars menjadi 45 hari.
Proposal, yang disebut Bimodal NTP/NEP dengan Siklus Percepatan Rotor Gelombang, diajukan oleh Profesor Ryan Gosse, direktur program hipersonik di Universitas Florida dan anggota tim Program Florida untuk Riset Terapan dalam Teknik (FLARE). Proposal Gosse adalah salah satu dari 14 yang dipilih oleh NAIC tahun ini untuk tahap pertama pengembangan, yang mencakup hibah $12 untuk membantu mengembangkan teknologi dan metode yang terkait dengan proyek tersebut. Penawaran lainnya termasuk sensor inovatif, instrumentasi, teknologi manufaktur, sistem tenaga, dan banyak lagi.
Tenaga nuklir pada dasarnya bermuara pada dua konsep, yang keduanya mengandalkan teknologi yang telah diuji dan diverifikasi secara menyeluruh. Untuk Nuclear Thermal Propulsion (NTP), siklusnya terdiri dari reaktor nuklir yang memanaskan hidrogen cair (LH2), mengubahnya menjadi gas hidrogen terionisasi (plasma), yang kemudian diarahkan melalui nosel untuk menciptakan daya dorong. Beberapa upaya telah dilakukan untuk membuat versi uji sistem propulsi ini, termasuk proyeknya bajak, proyek gabungan Angkatan Udara AS dan Komisi Energi Atom yang diluncurkan pada tahun 1955.
Pada tahun 1959, NASA mengambil alih Angkatan Udara AS, dan program tersebut memasuki fase baru yang didedikasikan untuk aplikasi penerbangan luar angkasa. Hal ini akhirnya menghasilkan Propulsi Nuklir untuk Kendaraan Roket (NERVA), sebuah reaktor nuklir inti padat yang berhasil diuji. Dengan berakhirnya era Apollo pada tahun 1973, pendanaan untuk program tersebut dipotong secara drastis, sehingga menyebabkan pembatalan sebelum uji penerbangan dilakukan.
Propulsi listrik nuklir (NEP), di sisi lain, bergantung pada reaktor nuklir untuk menggerakkan pendorong efek Hall (pendorong ion) yang menghasilkan medan elektromagnetik yang mengionisasi dan mempercepat gas lembam (seperti xenon) untuk menciptakan daya dorong. Upaya pengembangan teknologi ini antara lain proyek Prometheus NASA di bawah Nuclear Systems Initiative (NSI).
Kedua sistem memiliki keunggulan signifikan dibandingkan mesin kimia tradisional, termasuk impuls spesifik (Isp) yang lebih tinggi, efisiensi bahan bakar, dan kepadatan energi yang hampir tidak terbatas. Meskipun konsepnya berbeda karena memberikan dorongan spesifik lebih dari 10 ribu detik, yaitu dapat mempertahankan daya dorong selama hampir tiga jam, tingkat daya dorongnya cukup rendah dibandingkan roket konvensional dan NTP.
Kebutuhan akan sumber tenaga listrik, kata Gosse, juga memunculkan isu pembuangan panas di ruang angkasa, di mana konversi energi panas mencapai 30-40% dalam kondisi ideal. Dan meskipun desain NTP NERVA adalah metode terbaik untuk misi berawak ke Mars dan sekitarnya, metode ini juga memiliki masalah dalam menyediakan fraksi massa awal dan akhir yang memadai untuk misi gelombang delta tinggi.
Inilah mengapa proposal yang menyertakan kedua metode pergerakan (bimodal) lebih disukai, karena keduanya menggabungkan manfaat keduanya. Proposal Gosse melibatkan desain bimodal berdasarkan reaktor bahan bakar padat NERVA, yang akan memberikan impuls spesifik (Isp) 900 detik, dua kali kinerja roket kimia saat ini.
Siklus yang diusulkan Gosse juga mencakup penguat tekanan gelombang atau rotor gelombang (WR), sebuah teknologi yang digunakan dalam mesin pembakaran internal yang menggunakan gelombang tekanan yang diciptakan oleh reaksi kompresi udara masuk.
Dipasangkan dengan mesin NTP, WR akan menggunakan tekanan yang diciptakan dengan memanaskan bahan bakar LH2 di dalam reaktor untuk lebih menekan massa reaksi. Seperti yang dijanjikan Gosse, ini akan memberikan tingkat daya dorong yang sebanding dengan konsep NTP kelas NERVA, tetapi dengan waktu peluncuran 1400-2000 detik. Ketika dikombinasikan dengan siklus NEP, kata Gosse, tingkat keinginan mengidam semakin meningkat.
Jika mesin konvensional digunakan, misi berawak ke Mars bisa bertahan hingga tiga tahun. Misi ini akan diluncurkan setiap 26 bulan ketika Bumi dan Mars berada pada jarak terdekatnya (yang disebut oposisi Mars), dan akan menghabiskan setidaknya enam hingga sembilan bulan dalam perjalanan.
Transit 45 hari (enam setengah minggu) akan memangkas total waktu misi menjadi berbulan-bulan, bukan bertahun-tahun. Ini akan sangat mengurangi risiko utama yang terkait dengan misi ke Mars, termasuk paparan radiasi, waktu yang dihabiskan dalam gayaberat mikro, dan masalah kesehatan terkait.
Selain pembangkit listrik, ada proposal untuk desain reaktor baru yang akan menyediakan catu daya yang stabil untuk misi darat jangka panjang di mana tenaga surya dan angin tidak selalu tersedia.
Contohnya termasuk Kilowatt Reactor NASA Using Sterling Technology (KRUSTY) dan Fission/Fusion Hybrid Reactor yang dipilih untuk fase pertama pengembangan NASA di bawah program NAIC 2023. Teknologi nuklir ini dan lainnya suatu hari nanti dapat memungkinkan misi berawak ke Mars dan tempat lain di luar angkasa , mungkin lebih cepat dari yang kita pikirkan!
Juga menarik: