NASA 的新核火箭计划旨在在短短 45 天内到达火星：ScienceAlert

我们生活在一个新的太空探索时代，许多机构计划派遣宇航员 月亮 在未来几年。 在接下来的十年中，载人飞行任务将紧随其后 火星 NASA 和中国，不久之后其他国家可能会加入。

这些和其他将宇航员带到低地球轨道 (LEO) 和地月系统之外的任务需要新技术，从生命支持和辐射防护到能量和推进。

说到后者， 核和核热电推进 (NTP/NEP) 是最好的竞争对手！

美国宇航局和苏联太空计划在太空竞赛期间花了数十年时间研究核推进。

几年前，NASA 重新启动其核计划 为了开发双峰核推进——一个由 NTP 和 NEP 组件组成的两部分系统——可以穿越到 100 天后的火星.

作为…的一部分 先进的创新 NASA 概念 (NIAC) 到 2023 年，NASA 选择了一个核概念进行第一阶段开发。 这个新级别使用双模式核推进系统旋波循环打顶它还可以将前往火星的运输时间缩短至仅 45 天。

该提案题为双模式 NTP/NEP，带旋转波周期打顶”，佛罗里达大学超音速项目区域主席兼佛罗里达大学成员 Ryan Goss 教授 佛罗里达工程应用研究 耀斑队。

Gosse 的提案是 NAIC 今年为第一阶段开发选择的 14 项提案之一，其中包括 12,500 美元的赠款，以帮助成熟所使用的技术和方法。 其他提案包括传感器、工具、制造技术、创新电力系统等。

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核推进基本上归结为两个概念，这两个概念都基于经过严格测试和验证的技术。

对于核热推进 (NTP)，该循环包括推进剂加热核反应堆的液氢 (LH2)，将其转化为电离氢气（等离子体），然后通过喷嘴输送以产生推力。

已经进行了几次尝试来测试这种推进系统，包括 流动站项目，这是美国空军和原子能委员会 (AEC) 于 1955 年发起的合作项目。

1959 年，NASA 接管了美国空军，该计划进入了一个专门用于航天应用的新阶段。 这最终导致 导弹车辆用核发动机 (Nerva)，一个成功测试的固体核反应堆。

随着 1973 年阿波罗时代的结束，该计划的资金被大幅削减，导致它在任何飞行测试进行之前就被取消了。 同时，苏联发展了他们自己的 NTP 概念（RD-0410) 在 1965 年至 1980 年间进行，并在计划取消前进行了一次地面测试。

另一方面，核电推进（NEP）依靠核反应堆供电 霍尔效应动机 （离子发动机），它产生一个电磁场，使惰性气体（如氙气）电离并加速以产生推力。 开发这项技术的尝试包括 NASA 核系统倡议 (INS) 普罗米修斯计划（2003 年至 2005 年）。

与传统化学推进相比，这两种系统都具有显着优势，包括更高的比推进 (Isp) 额定值、燃油效率和几乎无限的能量密度。

虽然 NEP 概念具有超过 10,000 ISp 的节省，这意味着它们可以维持近三个小时的推力，但与常规导弹和 NTP 导弹相比，推力水平非常低。

Gosse 说，对电源的需求也提出了将热量排入太空的问题——在理想条件下，热能转换率为 30% 到 40%。

虽然 NTP NERVA 设计是载人火星及其他任务的首选方法，但这种方法在为高 delta-v 任务提供足够的初始和最终质量分数方面也存在问题。

这就是为什么包含两种支付方式（双模式）的提案是首选的原因，因为它们将结合两者的优点。 Gosse 的提议要求采用基于实芯 NERVA 反应堆的双峰设计，该反应堆将提供 900 秒的指示冲量 (Isp)，是当前化学火箭性能的两倍。

拟议的 Gosse 循环还包括压力波增压器 – 或 Wave Rotor (WR) – 一种用于内燃机的技术，可利用反馈产生的压力波对进气压力的影响。

当与 NTP 发动机配对时，WR 使用反应堆加热 LH2 燃料产生的压力来进一步压缩反应物质。 正如 Gosse 所承诺的那样，这将提供类似于 NERVA 级 NTP 概念的推力水平，但 ISP 为 1400-2000s。 当与 NEP 周期相结合时， 他说 Gosse，推送级别进一步提升：

“与 NEP 循环相结合，ISp 占空比（1800-4000 秒）可以在增加最少干质量的情况下增加。这种双模式设计可以快速转移载人任务（45 天到火星）并彻底改变深空探索我们的太阳系”。

基于传统的推进技术，载人火星任务可持续长达三年。 这些任务将每 26 个月发射一次，届时地球和火星处于最接近点（又名火星冲日），并且至少要花费六到九个月的时间在途中。

45 天（六周半）的过境会将总任务时间减少到几个月而不是几年。 这将大大降低与火星任务相关的主要风险，包括辐射暴露、微重力时间以及相关的健康问题。

除了推进之外，还有新的反应堆设计提案，可以为太阳能和风能并不总是可用的长期地面任务提供稳定的电源。

例子包括美国宇航局 使用 Sterling 技术的 Kilopower 反应器 (KRUSTY) f 混合裂变/聚变反应堆 它已被 NASA 的 NAIC 2023 评选选定为第一阶段开发。

这些和其他核应用有朝一日可以实现载人火星和深空其他地点的任务，也许比我们想象的要早！

本文最初发表于 今天的宇宙. 读 原创文章.