Construim din nou nave spațiale nucleare – de data aceasta pe bune

Phoebus 2A, cel mai puternic reactor nuclear spațial realizat vreodată, a fost pornit la locul de testare din Nevada pe 26 iunie 1968. Testul a durat 750 de secunde și a confirmat că ar putea transporta primii oameni pe Marte. Dar Phoebus 2A nu a dus pe nimeni pe Marte. Era prea mare, costa prea mult și nu se potrivea cu ideea lui Nixon că nu aveam treabă să mergem mai departe de orbita joasă a Pământului.

Dar nu NASA a cerut prima rachete cu motoare nucleare. Armata a fost cea care a vrut să le folosească pentru rachete balistice intercontinentale. Și acum, armata le vrea din nou.

ICBM-uri cu energie nucleară

Lucrările la rachete termice nucleare (NTR) au început cu programul Rover inițiat de forțele aeriene americane la mijlocul anilor 1950. Conceptul era simplu pe hârtie. Luați rezervoare de hidrogen lichid și utilizați turbopompe pentru a alimenta acest hidrogen printr-un miez de reactor nuclear pentru a-l încălzi la temperaturi foarte ridicate și a-l expulza prin duză pentru a genera forță. În loc să provoace încălzirea și extinderea gazului prin arderea acestuia într-o cameră de ardere, gazul a fost încălzit prin intrarea în contact cu un reactor nuclear.

Avantajul cheie a fost eficiența consumului de combustibil. „Impulsul specific”, o măsurătoare care seamănă cu kilometrajul de gaz al unei rachete, ar putea fi calculată din rădăcina pătrată a temperaturii gazelor de eșapament împărțită la greutatea moleculară a propulsorului. Acest lucru însemna că cel mai eficient propulsor pentru rachete era hidrogenul, deoarece avea cea mai mică greutate moleculară.

În rachetele chimice, hidrogenul a trebuit să fie amestecat cu un oxidant, care a crescut greutatea moleculară totală a propulsorului, dar a fost necesar pentru ca arderea să aibă loc. Rachetele nucleare nu aveau nevoie de ardere și puteau funcționa cu hidrogen pur, ceea ce le făcea de cel puțin două ori mai eficiente. Forțele Aeriene doreau să livreze eficient focoase nucleare către ținte din întreaga lume.

Problema era că funcționarea reactoarelor staționare pe Pământ era un lucru; a-i face să zboare era cu totul altceva.

Provocarea reactoarelor spațiale

Barele de combustibil fabricate cu oxid de uraniu 235 distribuit într-o matrice metalică sau ceramică cuprind miezul unui reactor de fisiune standard. Fisiunea are loc atunci când un neutron cu mișcare lentă este absorbit de un nucleu de uraniu 235 și îl împarte în două nuclee mai ușoare, eliberând cantități uriașe de energie și neutroni în exces, foarte rapizi. Acești neutroni în exces nu declanșează în mod normal fisiuni suplimentare, deoarece se mișcă prea repede pentru a fi absorbiți de alte nuclee de uraniu.

Pornirea unei reacții în lanț care menține reactorul în funcțiune depinde de încetinirea acestora cu un moderator, cum ar fi apa, care le „moderează” viteza. Această reacție este menținută la niveluri moderate folosind tije de control realizate din materiale care absorb neutroni, de obicei bor sau cadmiu, care limitează numărul de neutroni care pot declanșa fisiunea. Reactoarele sunt reglate în sus sau în jos prin mișcarea tijelor de control în și în afara miezului.

Traducerea oricăror dintre acestea într-un reactor zburător este o provocare. Prima problema este combustibilul. Cu cât produceți gazele de eșapament mai fierbinți, cu atât creșteți mai mult impulsul specific, astfel încât NTR-urile aveau nevoie de miez pentru a funcționa la temperaturi care ajung la 3.000 K – cu aproape 1.800 K mai mari decât reactoarele de la sol. Fabricarea barelor de combustibil care ar putea supraviețui unor asemenea temperaturi s-a dovedit extrem de dificilă.

Apoi a fost hidrogenul în sine, care este extrem de coroziv la aceste temperaturi, mai ales când interacționează cu acele puține materiale care sunt stabile la 3.000 K. În cele din urmă, au trebuit să meargă și tijele de control standard, pentru că pe sol, au fost aruncate gravitațional în miezul și asta nu ar funcționa în zbor.

Laboratorul științific Los Alamos a propus câteva modele promițătoare NTR care au abordat toate aceste probleme în 1955 și 1956, dar programul și-a accelerat cu adevărat ritmul după ce a fost transferat către NASA și Comisia pentru Energie Atomică (AEC) în 1958. Acolo, ideea a fost redenumită ca NERVA, Motor nuclear pentru aplicații pentru vehicule rachete. NASA și AEC, binecuvântate cu un buget aproape nelimitat, s-au ocupat cu construirea de reactoare spațiale — multe dintre ele.