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우리는 여러 기관에서 우주 비행사를 보낼 예정인 새로운 우주 탐험의 시대에 살고 있습니다. 달 앞으로 몇 년 안에. 이는 향후 10년 동안 승무원 임무를 수행하여 화성 머지않아 다른 국가들이 합류할 수 있는 NASA와 중국에 의해.
LEO(Low Earth Orbit)와 지구-달 시스템을 넘어 우주비행사를 데려가는 이러한 임무와 다른 임무에는 생명 유지 및 방사선 차폐에서 전력 및 추진에 이르기까지 새로운 기술이 필요합니다.
그리고 후자의 경우, 원자력 열 및 원자력 전기 추진 (NTP/NEP)는 최고의 경쟁자입니다!
NASA와 소련 우주 프로그램은 우주 경쟁 동안 핵 추진을 연구하는 데 수십 년을 보냈습니다.
몇 년 전 NASA에서 핵 프로그램 재점화 NTP와 NEP 요소로 구성된 두 부분으로 구성된 시스템인 바이모달 핵 추진을 개발하기 위해 100일 후의 화성.
의 일환으로 NASA의 혁신적인 고급 개념 (NIAC) 프로그램을 2023년에 NASA는 1단계 개발을 위해 핵 개념을 선택했습니다. 이 새로운 종류의 바이모달 핵 추진 시스템은 “웨이브 로터 토핑 사이클” 화성까지의 운송 시간을 단 45일로 단축할 수 있습니다.
“라는 제목의 제안웨이브 로터 토핑 사이클이 있는 바이모달 NTP/NEP,”는 플로리다 대학의 극초음속 프로그램 영역 책임자이자 플로리다 공학 응용 연구 (플레어) 팀.
Gosse의 제안은 올해 NAIC가 1단계 개발을 위해 선택한 14개 제안 중 하나이며 여기에는 관련 기술 및 방법을 성숙시키는 데 도움이 되는 미화 12,500달러의 보조금이 포함됩니다. 다른 제안에는 혁신적인 센서, 기기, 제조 기술, 전원 시스템 등이 포함되었습니다.
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핵 추진은 본질적으로 두 가지 개념으로 귀결되며, 둘 다 철저히 테스트되고 검증된 기술에 의존합니다.
NTP(Nuclear-Thermal Propulsion)의 경우 주기는 원자로 가열 액체 수소(LH2) 추진제로 구성되어 이를 이온화된 수소 가스(플라즈마)로 전환한 다음 노즐을 통해 채널링하여 추진력을 생성합니다.
다음을 포함하여 이 추진 시스템을 테스트하기 위해 몇 가지 시도가 있었습니다. 프로젝트 로버1955년에 시작된 미 공군과 AEC(원자력 에너지 위원회) 간의 협력 노력.
1959년에 NASA가 USAF를 인수했고 프로그램은 우주 비행 응용 프로그램에 전념하는 새로운 단계에 진입했습니다. 이는 결국 로켓 차량 응용을 위한 원자력 엔진 (NERVA), 성공적으로 테스트된 솔리드 코어 원자로.
1973년 아폴로 시대가 종료되면서 프로그램 자금이 대폭 줄어들어 비행 테스트가 수행되기 전에 취소되었습니다. 한편 소련은 자체 NTP 개념(RD-0410) 1965년에서 1980년 사이에 프로그램이 취소되기 전에 단일 지상 테스트를 수행했습니다.
반면 NEP(Nuclear-Electrical Propulsion)는 원자로에 의존하여 전기를 공급합니다. 홀 효과 추진기 (이온 엔진), 추력을 생성하기 위해 불활성 가스(예: 크세논)를 이온화하고 가속하는 전자기장을 생성합니다. 이 기술을 개발하려는 시도에는 NASA가 포함됩니다. 원자력 시스템 이니셔티브 (NSI) 프로젝트 프로메테우스(2003~2005).
두 시스템 모두 기존의 화학 추진에 비해 더 높은 비임펄스(Isp) 등급, 연료 효율성 및 거의 무제한의 에너지 밀도를 포함하여 상당한 이점이 있습니다.
NEP 개념은 10,000초 이상의 Isp를 제공하여 거의 3시간 가까이 추력을 유지할 수 있다는 점에서 구별되지만 추력 수준은 기존 로켓 및 NTP에 비해 상당히 낮습니다.
Gosse는 전력원에 대한 필요성이 열 에너지 변환이 이상적인 환경에서 30-40percent인 우주에서의 열 거부 문제를 제기한다고 말합니다.
그리고 NTP NERVA 설계는 화성과 그 너머에 대한 승무원 임무에 선호되는 방법이지만, 이 방법은 높은 delta-v 임무에 적절한 초기 및 최종 질량 분율을 제공하는 데 문제가 있습니다.
이것이 두 가지 추진 방법(바이모달)을 포함하는 제안이 두 가지 장점을 결합하기 때문에 선호되는 이유입니다. Gosse의 제안은 화학 로켓의 현재 성능의 두 배인 900초의 특정 임펄스(Isp)를 제공하는 솔리드 코어 NERVA 원자로를 기반으로 하는 바이모달 설계를 요구합니다.
Gosse가 제안한 사이클에는 압력파 과급기 또는 Wave Rotor(WR)가 포함되어 있습니다. 이 기술은 흡입 공기를 압축하기 위한 반응으로 생성된 압력파를 활용하는 내연 기관에 사용되는 기술입니다.
NTP 엔진과 짝을 이룰 때 WR은 반응 물질을 더 압축하기 위해 LH2 연료의 원자로 가열에 의해 생성된 압력을 사용합니다. Gosse가 약속한 대로 이것은 NERVA급 NTP 개념에 필적하는 추력 수준을 제공하지만 Isp는 1400-2000초입니다. NEP 사이클과 함께 사용하면 말했다 Gosse, 추력 수준이 더욱 향상되었습니다.
“NEP 사이클과 결합하면 건조 질량을 최소한으로 추가하여 듀티 사이클 Isp를 추가로 늘릴 수 있습니다(1,800-4,000초). 이 바이모달 설계는 유인 임무(화성까지 45일)를 위한 빠른 이동을 가능하게 하고 심우주 탐사에 혁명을 일으킵니다. 우리 태양계의.”
재래식 추진 기술을 기반으로 화성에 대한 유인 임무는 최대 3년 동안 지속될 수 있습니다. 이 임무는 지구와 화성이 가장 가까이 있을 때(일명 화성 반대) 26개월마다 발사되며 이동하는 데 최소 6~9개월이 소요됩니다.
45일(6주 반)의 운송은 전체 임무 시간을 몇 년이 아닌 몇 달로 단축합니다. 이것은 방사선 노출, 미세 중력에서 보내는 시간 및 관련 건강 문제를 포함하여 화성 임무와 관련된 주요 위험을 크게 줄일 것입니다.
추진력 외에도, 태양광 및 풍력 발전이 항상 이용 가능하지 않은 장기 지상 임무를 위해 안정적인 전력 공급을 제공하는 새로운 원자로 설계에 대한 제안이 있습니다.
예를 들면 NASA가 있습니다. 스털링 기술을 사용한 킬로파워 원자로 (크러스티)와 하이브리드 핵분열/융합 원자로 NASA의 NAIC 2023 선정에 의해 1단계 개발에 선정되었습니다.
이들과 다른 핵 응용 프로그램은 언젠가 우리가 생각하는 것보다 더 빨리 화성 및 다른 우주 공간에 대한 승무원 임무를 가능하게 할 수 있습니다!
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