太陽系は本当に大きな場所であり、伝統的な化学ロケットで世界から世界へと旅するのは永遠にかかります。しかし、1960年代に開発された1つの技術は、私たちの移動時間を劇的に短縮する方法を提供するかもしれません。核ロケットです。
もちろん、放射性物質を動力源とするロケットの打ち上げには、それ自体のリスクもあります。やってみようかな？
化学ロケットを使って火星を訪問したいとしましょう。あなたは地球から爆破し、低地球軌道に入るでしょう。次に、適切な瞬間にロケットを発射し、軌道を太陽から上げます。あなたがフォローしている新しい楕円軌道は、8か月の飛行後に火星と交差します。
これはホーマン移動と呼ばれ、最小量の推進剤と最大量のペイロードを使用して、宇宙を移動する方法を知る最も効率的な方法です。もちろん問題はそれがかかる時間です。旅の間、宇宙飛行士は食べ物、水、空気を消費し、深宇宙の長期的な放射線に曝されます。次に、帰還任務は、資源の必要性を2倍にし、放射線負荷を2倍にします。
もっと速く行く必要があります。
NASAは、ほぼ50年間、化学ロケットの次に何が起こるかについて考えてきました。
核熱ロケット。彼らは間違いなく旅をスピードアップしますが、彼ら自身のリスクがないわけではないので、あなたはそれらを見ていないのです。しかし、おそらく彼らの時間はここにあります。
1961年、NASAと原子力委員会は、原子力熱推進、つまりNTPのアイデアに協力しました。これは、人間のミッションが1980年代に火星に核ロケットの翼で飛ぶことを望んでいたヴェルナーフォンブラウンによって開拓されました。
まあそれは起こりませんでした。しかし、彼らは核熱推進のいくつかの成功したテストを実行し、それが機能することを実証しました。
化学ロケットは、ある種の可燃性化学物質に点火し、排気ガスをノズルから押し出すことによって機能します。古き良きニュートンの第3法則のおかげで、すべてのアクションに対して等しく反対の反応があり、ロケットは放出されたガスから反対方向の推力を受け取ります。
核ロケットも同様に機能します。大理石サイズのウラン燃料の球は核分裂の過程を経て、莫大な量の熱を放出します。これにより、水素が約2,500 Cまで加熱され、ロケットの後部から高速で放出されます。非常に非常に高速で、化学ロケットの2〜3倍の推進効率をロケットに与えます。
私が化学ロケットについて述べた8か月を覚えていますか？核熱ロケットは、通過時間を半分に、おそらく火星への100日間の旅行にさえ短縮する可能性があります。つまり、宇宙飛行士が消費するリソースが減り、放射線負荷が軽減されます。
そして、もう1つの大きなメリットがあります。核ロケットの推進力により、地球と火星が完全に整列していない場合でも、ミッションを進めることができます。現在、窓を逃した場合、さらに2年間待たなければなりませんが、核ロケットは飛行の遅れに対処するための力をあなたに与えることができます。
核ロケットの最初のテストは、1955年にロスアラモス科学研究所のプロジェクトローバーで始まりました。重要な開発は、原子炉をロケットに搭載できるように原子炉を小型化することでした。今後数年間で、エンジニアはさまざまなサイズと出力の12個を超えるリアクターを構築してテストしました。
プロジェクトローバーの成功を受けて、NASAは、月面のアポロ着陸船に続く火星への人間の使命に照準を合わせました。距離と飛行時間のために、彼らは核ロケットが任務をより有能にするための鍵であると決めました。
もちろん、核ロケットにはリスクがないわけではありません。搭載されている原子炉は、搭載されている宇宙飛行士の乗組員への小さな放射線源であり、これは、飛行時間の減少によって補われます。深宇宙自体は巨大な放射線の危険であり、恒星銀河宇宙放射線は宇宙飛行士のDNAに損傷を与えます。
1960年代後半に、NASAはロケットビークルアプリケーションの核エンジンプログラム（NERVA）をセットアップし、人間を火星に運ぶ核ロケットになる技術を開発しました。
彼らはネバダ砂漠で、より大きくより強力な核ロケットをテストし、高速水素ガスを大気中に放出しました。当時の環境法はそれほど厳格ではなかった。
最初のNERVA NRXは、最終的に2時間近くテストされ、フルパワーで28分間テストされました。そして、2番目のエンジンが28回始動し、115分間作動しました。
最後に、4,000メガワットの電力を生成できる、これまでに製造された中で最も強力な原子炉、Phoebus-2A原子炉をテストしました。 12分間押します。
さまざまなコンポーネントが実際に飛行準備の整ったロケットに組み立てられることは決してありませんでしたが、技術者たちは、核ロケットが火星への飛行のニーズを満たすことに満足しました。
しかしその後、アメリカは火星にこれ以上行きたくないと決定しました。代わりにスペースシャトルが欲しかった。
プログラムは1973年に閉鎖され、それ以来誰も核ロケットをテストしなかった。
しかし、最近の技術の進歩により、原子力の熱推進はより魅力的になっています。 1960年代に戻ると、彼らが使用できる唯一の燃料源は高濃縮ウランでした。しかし今、エンジニアは低濃縮ウランでうまくいくと考えています。
これはより安全に動作し、より多くのロケット施設がテストを実行できるようになります。また、放射性粒子を排気ガスに捕獲して適切に廃棄することも簡単です。これにより、テクノロジーを使用するための全体的なコストが削減されます。
2019年5月22日、米国議会は、核熱推進ロケットの開発のための1億2500万ドルの資金を承認しました。このプログラムは、NASAのArtemis 2024が月面に戻るのに果たす役割はありませんが、引用–「NASAに、宇宙デモンストレーションに関連するタイムラインを含む核熱推進デモンストレーションを可能にする複数年計画を策定するように求めています」そして、この機能によって可能になる将来のミッションと推進力と電力システムの説明。」
核分裂は、原子の力を利用する1つの方法です。もちろん、それは濃縮ウランを必要とし、有毒な放射性廃棄物を生成します。融合はどうですか？水素の原子がヘリウムに圧入されてエネルギーを放出する場所はどこですか？
太陽は、その巨大な質量と核心温度のおかげでうまく融合しましたが、持続可能でエネルギーの正の融合は、私たちの貧弱な人間によってとらえどころのないものです。
ヨーロッパでのITERのような巨大な実験は、核融合エネルギーを今後10年以内に維持することを望んでいます。その後、核融合炉が小型化し、核ロケットの核分裂炉と同じ役割を果たすことができると想像できます。しかし、核融合炉が正味のエネルギーがプラスになる程度まで到達できなくても、質量の量を大幅に加速することができます。
そして、おそらく数十年待つ必要はないでしょう。プリンストンプラズマ物理研究所の研究グループは、Direct Fusion Driveと呼ばれる概念に取り組んでいます。これは、もっと早く準備できると考えています。
これは、2002年にサミュエルコーエンによって開発されたPrinceton Field-Reversed Configuration核融合炉に基づいています。ヘリウム3と重水素の高温プラズマは、磁気コンテナに入れられます。ヘリウム3は地球上では珍しく、それとの核融合反応は他の核融合または核分裂炉と同じ量の危険な放射線または核廃棄物を生成しないため、貴重です。
核分裂ロケットと同様に、核融合ロケットは推進剤を高温に加熱してから後方に爆破し、推力を発生させます。
これは、非常に高温のプラズマを含み、スピンする一連の線形磁石を並べることによって機能します。プラズマの周囲のアンテナは、イオンの特定の周波数に調整され、プラズマに電流を生成します。それらのエネルギーは、原子が融合するポイントまで汲み上げられ、新しい粒子を放出します。これらの粒子は、磁力線に捕らえられてロケットの後方に加速されるまで、閉じ込めフィールドをさまよっています。
理論的には、核融合ロケットはメガワットあたり2.5〜5ニュートンの推力、10,000秒の固有のインパルスで提供できます。核分裂ロケットからの850と化学ロケットからの450を思い出してください。また、太陽から遠く離れた宇宙船が必要とする電力を生成することにもなり、太陽電池パネルはあまり効率的ではありません。
ダイレクト・フュージョン・ドライブは、わずか2年で土星への10トンのミッションを運ぶことができ、約4年で地球から冥王星への1トンの宇宙船を運ぶことができます。 New Horizonsはほぼ10を必要としました。
また、1メガワットの核融合炉であるため、到着時にすべての宇宙船の機器に電力を供給します。 VoyagerやNew Horizonsなどの深宇宙ミッションで現在使用されている核電池よりもはるかに多く。
このテクノロジーを使用して、どのような星間ミッションが計画されているか想像してみてください。
そして、プリンストンサテライトシステムは、このようなシステムに取り組んでいる唯一のグループではありません。 Applied Fusion Systemsは、宇宙船に推力を提供できる核融合エンジンの特許を申請しています。
NASAが飛行時間を短縮する方法として核ロケットを真剣にテストしてから数十年が経っていますが、テクノロジーが復活したようです。今後数年間で、新しいハードウェア、および原子力熱推進システムの新しいテストが見られると期待しています。そして、私は実際のフュージョンドライブが私たちを他の世界に連れて行く可能性に信じられないほど興奮しています。いつものように、しばらくお待ちください。実際に飛ぶときにお知らせします。
