Seperti yang dikatakan Bill Emrich, salah satu insinyur roket bahan bakar nuklir NASA, “Elon Musk dan yang lainnya ingin membawa orang ke Mars dan membangun koloni di sana. Jika Anda ingin pergi ke Mars dan meninggalkan orang di Mars, Anda dapat melakukannya dengan roket kimia. Ini akan menjadi jalan yang sulit tetapi mungkin. Tetapi jika Anda ingin membawa orang kembali ke Bumi, Anda hampir dipaksa untuk menggunakan rudal nuklir. Dan di NASA kami lebih tertarik membawa orang pulang. "
Ide mesin roket nuklir, yang berasal dari tahun 1940-an, bagi banyak orang tampaknya sangat menarik sejak saat itu akan membuat perjalanan antarplanet menjadi rutinitas harian bagi kita. Topiknya ternyata sulit, dan sejauh ini tidak ada kekuatan dunia yang dapat membanggakan prototipe roket yang benar-benar berfungsi dengan instalasi nuklir ... Meskipun tampaknya, tidak semuanya tanpa harapan: NASA telah menyiapkan berita menarik untuk kita tentang perkembangan barunya! Sekarang tentang segala hal secara berurutan:
Bahan bakar memutuskan
Reaktor nuklir dapat menghasilkan energi dan daya dorong yang dibutuhkan untuk dengan cepat mengirimkan pesawat ruang angkasa besar ke Mars dan, jika diinginkan, bahkan lebih jauh. Penting untuk dicatat bahwa mesin nuklir dimaksudkan hanya untuk perjalanan antarplanet, dan bukan untuk digunakan di atmosfer bumi: roket kimia membawa perangkat keluar dari orbit rendah Bumi dan hanya kemudian sistem propulsi nuklir akan bekerja.
Tantangannya adalah membuat mesin nuklir ini aman dan ringan. Seperti yang dikatakan Kepala Insinyur NASA untuk Manajemen Teknologi Antariksa Jeff Sheehy, "Teknologi kunci yang perlu ditingkatkan adalah bahan bakar." Bahan bakar harus mampu menahan suhu ultra-tinggi dan kondisi volatil dalam mesin termal nuklir. Dua perusahaan AS baru-baru ini mengumumkan bahwa bahan bakar mereka cukup andal untuk reaktor yang aman, kompak, dan berkinerja tinggi. Faktanya, salah satu perusahaan ini telah memberi NASA desain konsep yang terperinci.
Sistem propulsi termal nuklir menggunakan energi yang dilepaskan dari reaksi nuklir untuk memanaskan hidrogen cair hingga sekitar 2.430 ° C, sekitar delapan kali suhu inti pembangkit listrik tenaga nuklir. Propelan mengembang dan dikeluarkan ke nozel dengan kecepatan tinggi. Ini bisa memberikan dorongan dua kali lipat per massa bahan bakar sebagai roket kimia, memungkinkan kapal bertenaga nuklir untuk melakukan perjalanan lebih lama dan lebih cepat. Selain itu, begitu sampai di tujuan, baik itu bulan Saturnus, Titan atau Pluto, reaktor nuklir dapat beralih dari sistem propulsi ke sumber daya, memungkinkan pesawat untuk mengirim kembali data berkualitas tinggi selama bertahun-tahun.
Untuk mendapatkan daya dorong yang cukup dari rudal nuklir, sebelumnya diperlukan uranium yang diperkaya tingkat senjata. Bahan bakar uranium yang diperkaya rendah yang digunakan di pembangkit listrik komersial akan lebih aman digunakan, tetapi dapat menjadi rapuh dan rusak saat terkena suhu tinggi dan serangan kimia dari hidrogen yang sangat reaktif.
Tiga bulan - dan Anda berada di Mars
Perusahaan Seattle, Ultra Safe Nuclear Corp. Teknologi mengembangkan konsep mesin propulsi termal nuklir (NTP) baru dan mengirimkannya ke NASA. Para ahli berjanji bahwa perkembangan mereka akan memungkinkan untuk mencapai Mars hanya dalam tiga bulan. Menurut direktur luar angkasa perusahaan, Michael Eads, mesin konsep mereka jauh lebih aman daripada pendahulunya dan dapat menghasilkan impuls spesifik dua kali lebih banyak daripada mesin kimia lainnya. Fitur bahan bakarnya adalah ia akan memiliki mikrokapsul semua keramik untuk menyalakan reaktor mesin, dan juga akan didasarkan pada uranium dengan pengayaan di atas 5% dan di bawah 20%, yang berkinerja jauh lebih baik daripada bahan bakar untuk reaktor daya, tetapi “tidak bisa digunakan untuk tujuan jahat, sehingga sangat mengurangi risiko eksploitasi, ”kata Eads.Bahan bakar perusahaan mengandung partikel mikroskopis bahan bakar uranium berlapis keramik yang tersebar dalam matriks karbida zirkonium. Mikrokapsul menjebak produk sampingan fisi radioaktif di dalamnya, memungkinkan panas keluar.
Perusahaan lain, BWX Technologies (Lynchburg, Virginia), juga bekerja sama dengan NASA, selain mengembangkan desain menggunakan bentuk bahan bakar di atas, menawarkan opsi alternatif: bahan bakar tertutup dalam matriks logam.
Kedua perusahaan menawarkan dua model berbeda untuk memoderasi neutron energetik dari fisi untuk mempertahankan reaksi berantai guna menghindari kerusakan pada struktur reaktor. BWX menempatkan sel bahan bakarnya di antara sel hidrida, dan desain unik USNC-Tech mencakup moderator logam berilium. “Bahan bakar kami tetap utuh, tahan terhadap hidrogen dan radiasi panas, dan tidak menyerap semua neutron reaktor,” kata Eads.
USNC-Tech telah membuat prototipe kecil peralatan berdasarkan bahan bakar barunya dan menyerahkannya ke NASA untuk pengujian.
Bibliografi:
- GMT P. 23 D. 2020 | 16:00. Roket Bertenaga Nuklir Dapatkan Tampilan Kedua untuk Perjalanan ke Mars - IEEE Spectrum [Sumber daya elektronik]. URL: spectrum.ieee.org/aerospace/space-flight/nuclear-powered-rockets-get-a-second-look-for-travel-to-mars
- Nuclear Rockets the Future for Space Missions to Mars - ASME [Sumber daya elektronik]. URL: www.asme.org/topics-resources/content/the-future-of-nuclear-rockets-for-space-travel