מערכת השמש היא מקום גדול באמת, ונדרש לנצח לנסוע מעולם לעולם עם רקטות כימיות מסורתיות. אולם טכניקה אחת, שפותחה בשנות ה -60 עשויה לספק דרך לקצר דרמטית את זמני הנסיעות שלנו: רקטות גרעיניות.
כמובן שלשיגור רקטה המופעלת על ידי חומר רדיואקטיבי יש גם סיכונים משלה. האם עלינו לנסות זאת?
נניח שרצית לבקר במאדים באמצעות רקטה כימית. היית מפוצץ מכדור הארץ ונכנס למסלול כדור הארץ הנמוך. ואז, ברגע הנכון, תירה את הרקטה שלך ומרימה את מסלולך מהשמש. מסלול האליפטי החדש שאתה עוקב אחריו מצטלב עם מאדים אחרי שמונה חודשי טיסה.
זה נקרא העברה של הוהמן, וזו הדרך היעילה ביותר שאנו יודעים לנסוע בחלל, תוך שימוש בכמות המונעת הכי פחות וכמות העומס הגדולה ביותר. הבעיה כמובן היא הזמן שלוקח. לאורך המסע אסטרונאוטים יכלו מזון, מים, אוויר ויחשפו לקרינה לטווח הרחוק של החלל העמוק. ואז משימת החזרה מכפילה את הצורך במשאבים ומכפיל את עומס הקרינה.
אנחנו צריכים ללכת מהר יותר.
מסתבר כי נאס"א חושבת על מה שמתרחש אחרי רקטות כימיות כבר כמעט 50 שנה.
טילים תרמיים גרעיניים. הם בהחלט מאיצים את המסע, אבל הם לא חסרים סיכונים משלהם, וזו הסיבה שלא ראית אותם. אבל אולי זמנם כאן.
בשנת 1961, נאס"א והמועצה לאנרגיה אטומית עבדו יחד על הרעיון של הנעה תרמית גרעינית, או NTP. את זה החלוץ ורנר פון בראון, שקיווה שמשימות אנושיות יטוסו למאדים בשנות השמונים, על כנפי הרקטות הגרעיניות.
ובכן זה לא קרה. אבל הם ביצעו כמה בדיקות מוצלחות של הנעה תרמית גרעינית והדגימו שהיא אכן עובדת.
בעוד רקטה כימית פועלת על ידי הצתה של כימיקלים דליקים כלשהם ואז מכריחים את הגזים הפליטה החוצה זרבובית. בזכות החוק השלישי של ניוטון הישן והטוב, אתה יודע, לכל פעולה יש תגובה שווה והפוכה, הרקטה מקבלת דחף בכיוון ההפוך מהגזים המגורשים.
רקטה גרעינית פועלת בצורה דומה. כדור בגודל שיש שיש מדלק אורניום עובר את תהליך הביקוע, ומשחרר כמות אדירה של חום. זה מחמם מימן לכמעט 2,500 צלזיוס אשר לאחר מכן גורש החוצה מאחורי הרקטה במהירות גבוהה. מהירות גבוהה מאוד מאוד, מה שמקנה לטיל פעמיים עד שלוש את יעילות ההנעה של רקטה כימית.
זוכר את 8 החודשים שציינתי לרקטה כימית? רקטה תרמית גרעינית יכולה לקצץ את זמן המעבר לחצי, אולי אפילו 100 טיולי יום למאדים. שפירושו פחות משאבים הנצרכים על ידי האסטרונאוטים, ועומס קרינה נמוך יותר.
ויש עוד יתרון גדול. דחף של רקטה גרעינית יכול לאפשר למשימות לעבור כאשר כדור הארץ ומאדים אינם מיושרים בצורה מושלמת. כרגע אם אתה מתגעגע לחלון שלך, אתה צריך לחכות עוד שנתיים, אבל רקטה גרעינית עשויה לתת לך את הדחף להתמודד עם עיכובים בטיסה.
הבדיקות הראשונות של טילים גרעיניים החלו בשנת 1955 עם פרויקט רובר במעבדה המדעית של לוס אלמוס. פיתוח המפתח היה מזעור הכורים מספיק כדי שיוכלו להניח אותם על רקטה. במהלך השנים הבאות, מהנדסים בנו ובחנו יותר מתריסר כורים בגדלים שונים ותפוקות כוח.
עם ההצלחה של פרויקט רובר, נאס"א פנתה את משימותיה למשימות האנושיות למאדים שיבואו אחר נחיתות אפולו על הירח. בגלל המרחק וזמן הטיסה, הם החליטו שרקטות גרעיניות יהיו המפתח להפיכת המשימות למסוגלות יותר.
רקטות גרעיניות אינן נטולות הסיכונים שלהן, כמובן. כור שנמצא על הסיפון יהיה מקור קרינה קטן לצוות האסטרונאוטים שעל סיפונה, זה יעלה על ידי קיצור זמן הטיסה. המרחב העמוק עצמו מהווה סכנת קרינה עצומה, כאשר הקרינה הקוסמית הגלקטית המתמדת פוגעת ב- DNA של האסטרונאוטים.
בסוף שנות השישים הקימה נאס"א את התוכנית ליישום רכב רקטה למנוע גרעיני, או NERVA, ופיתחה את הטכנולוגיות שיהפכו לרקטות הגרעיניות שייקחו את בני האדם למאדים.
הם בדקו רקטות גרעין גדולות וחזקות יותר, במדבר נוואדה, והפיגו את הגז המימן המהיר הגבוה לאטמוספרה. חוקי הסביבה היו הרבה פחות קפדניים באותה תקופה.
ה- NERVA NRX הראשון נבדק בסופו של דבר כמעט שעתיים, עם 28 דקות בעוצמתו המלאה. ומנוע שני הופעל 28 פעמים והפעל במשך 115 דקות.
בסופו של דבר הם בדקו את הכור הגרעיני החזק ביותר שנבנה אי פעם, הכור Phoebus-2A, המסוגל לייצר 4,000 מגה וואט כוח. דחף למשך 12 דקות.
למרות שהרכיבים השונים מעולם לא הורכבו לרקטה מוכנה לטיסה, המהנדסים היו מרוצים שרקטה גרעינית תענה על צרכי טיסה למאדים.
אבל אז, ארה"ב החליטה שהיא לא רוצה ללכת יותר למאדים. במקום זאת הם רצו את מעבורת החלל.
התוכנית הושבתה בשנת 1973, ואף אחד לא בדק רקטות גרעיניות מאז.
אולם ההתקדמות האחרונה בתחום הטכנולוגיה הפכה את ההנעה התרמית הגרעינית למושכת יותר. בשנות השישים, מקור הדלק היחיד בו יכלו להשתמש היה אורניום מועשר מאוד. אולם כעת מהנדסים חושבים שהם יכולים להסתדר עם אורניום מועשר במעט.
זה יהיה בטוח יותר לעבוד איתו, ויאפשר למתקני טילים נוספים לבצע ניסויים. זה יהיה גם קל יותר לתפוס את החלקיקים הרדיואקטיביים בפליטה ולזרוק אותם כראוי. זה יביא להפחתת העלויות הכוללות של עבודה עם הטכנולוגיה.
ב- 22 במאי 2019 אישר הקונגרס האמריקני מימון של 125 מיליון דולר לפיתוח רקטות הנעה גרמיות גרעיניות. למרות שלתוכנית זו אין שום תפקיד במאמץ Artemis 2024 של נאס"א לחזור לירח, היא - ציטוט - "קוראת לנאס"א לפתח תוכנית רב-שנתית המאפשרת הפגנת הנעה תרמית גרעינית הכוללת את ציר הזמן הקשור להפגנת החלל. ותיאור של משימות עתידיות ומערכות הנעה וכוח המאפשרות יכולת זו. "
ביקוע גרעיני הוא דרך אחת לרתום את כוחו של האטום. כמובן שהוא דורש אורניום מועשר ומייצר פסולת רדיואקטיבית רעילה. מה עם היתוך? היכן אטומי מימן נסחטים להליום ומשחררים אנרגיה?
השמש הצליחה להתמזג, בזכות המסה העצומה וטמפרטורת הליבה שלה, אך היתוך בר-קיימא וחיובי לאנרגיה כבר חמק בעינינו בני האדם המאללים.
ניסויים ענקיים כמו ITER באירופה מקווים לשמור על אנרגיית היתוך בעשור הקרוב. לאחר מכן, תוכלו לדמיין כורי היתוך ממוזערים עד כדי כך שהם יכולים לשרת את אותו תפקיד כמו כור ביקוע ברקטה גרעינית. אבל אפילו אם אינך יכול להשיג כורי היתוך עד כדי כך שהם חיוביים באנרגיה נטו, הם עדיין יכולים לספק תאוצה אדירה לכמות המסה.
ואולי אנחנו לא צריכים לחכות עשרות שנים. קבוצת מחקר במעבדה לפיזיקת פלזמה פרינסטון עובדת על מושג שנקרא כונן היתוך ישיר, שלדעתם יכול להיות מוכן הרבה יותר מוקדם.
זה מבוסס על כור היתוך התצורה הפוך של פרינסטון, שפותח בשנת 2002 על ידי סמואל כהן. פלזמה חמה של הליום -3 ודאוטריום כלולים במיכל מגנטי. הליום -3 נדיר על פני כדור הארץ, ובעל ערך מכיוון שתגובות היתוך איתו לא יפיקו אותה כמות של קרינה או פסולת גרעינית מסוכנת כמו כורי היתוך או ביקוע אחרים.
כמו עם טיל הביקוע, רקטת היתוך מחממת דלק לטמפרטורות גבוהות ואז מפוצצת אותו מאחור ומייצרת דחף.
זה עובד על ידי חיבור חבורה של מגנטים ליניאריים המכילים ומסובבים פלזמה חמה מאוד. אנטנות סביב הפלזמה מכוונות לתדר הספציפי של היונים, ויוצרות זרם בפלזמה. האנרגיה שלהם נשאבת עד לנקודה שהאטומים מתמזגים ומשחררים חלקיקים חדשים. החלקיקים האלה משוטטים בשדה הבלימה עד שהם נלכדים על ידי קווי השדה המגנטי והם מאיצים מהחלק האחורי של הרקטה.
להלכה, רקטת היתוך תוכל לספק 2.5 עד 5 ניוטון דחף למגה וואט, עם דחף ספציפי של 10,000 שניות - זכרו 850 מרקטות ביקוע, ו -450 מרקטות כימיות. זה גם ייצור חשמל הדרוש לחללית הרחק מהשמש, שם פאנלים סולאריים אינם יעילים במיוחד.
כונן היתוך ישיר יוכל לשאת משימה של 10 טון לסטורן תוך שנתיים בלבד, או חללית של 1 טון מכדור הארץ לפלוטו בעוד כ -4 שנים. אופקים חדשים היו זקוקים כמעט ל -10.
מכיוון שהוא גם כור היתוך של 1 מגה וואט, הוא גם יספק כוח לכל מכשירי החללית כשיגיע. הרבה יותר מסוללות הגרעין שנשאות כיום על ידי משימות חלל עמוקות כמו וויאג'ר ו- New Horizons.
תאר לעצמך אילו סוגים של משימות בין-כוכביות עשויות להיות על השולחן גם עם הטכנולוגיה הזו.
ומערכת הלוויין פרינסטון אינה הקבוצה היחידה שעובדת על מערכות כאלה. מערכות היתוך יישומי הגישו בקשה לפטנט על מנוע היתוך גרעיני שיכול לספק דחף לחלליות.
אני יודע שעברו עשרות שנים מאז שנאס"א ניסתה ברצינות טילים גרעיניים כדרך לקצר את זמני הטיסה, אבל נראה שהטכנולוגיה חזרה. במהלך השנים הבאות אני מצפה לראות חומרה חדשה ובדיקות חדשות של מערכות הנעה גרעינית גרעינית. ואני מתרגש להפליא מהאפשרות של איחוי ממשי להוביל אותנו לעולמות אחרים. כמו תמיד, הישאר מעודכן, אני אודיע לך מתי באמת טס.
