Nukleáris meghajtás az űrben: négy év múlva valóság

Négy év múlva, ha minden jól megy, a NASA először fog nukleáris hajtóműves rakétahajtóművet indítani az űrbe. Maga a rakéta hagyományos lesz, a pályára juttatott hasznos teher viszont kísérleti.

A NASA bejelentette, hogy az amerikai védelmi minisztériummal együttműködve 2027-ben nukleáris meghajtású rakétahajtóművet indít az űrbe. Az amerikai űrkutatási hivatal mintegy 300 millió dollárt fektet be a projektbe, amelynek célja egy új generációs meghajtórendszer kifejlesztése az űrben történő szállításhoz. "A NASA ezzel a rendszerrel a Marsra szeretne eljutni" - mondta Anthony Calomino, a NASA mérnöke, aki az ügynökség nukleáris meghajtástechnológiai űrprogramját vezeti. "És ebben a tesztben valóban megalapozhatjuk ezt az alapot."

A hagyományos kémiai meghajtás remekül alkalmas rakéták felbocsátására a Föld felszínéről, de a Naprendszerben való mozgásnál az ilyen masinák rendkívül kevéssé hatékonyak, mert az üzemanyag mellett magukkal kell vinniük az égéshez szükséges egyéb anyagokat is. A Marsig való eljutáshoz hatalmas mennyiségű hajtóanyagra és folyékony oxidálószerre lenne szükség, és legalább hat hónapig tartana. Ahhoz, hogy az ember valóban kilépjen a Naprendszerbe jobb módszerre van szükség. Wernher von Braun, a második világháború után az Egyesült Államokba disszidált német mérnök már azelőtt felismerte a nukleáris hőhajtásban rejlő lehetőségeket, hogy a Saturn V rakétája vegyi meghajtással embereket juttatott volna a Holdra. Végül ez vezetett a NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) nevű projekthez. Ezt végül törölték, hogy segítsenek finanszírozni a Space Shuttle-t.

A nukleáris meghajtás alapötlete egyszerű: egy atomreaktor felmelegít egy hajtóanyagot - valószínűleg folyékony hidrogént -, majd ez a gáz kitágul, és egy fúvókán keresztül távozik, tolóerőt létrehozva. Persze ezen az elven egy űrben működő hajtóművet megtervezni kihívást jelent, és ott vannak még az atomreaktor megépítésének és biztonságos űrbe juttatásának szabályozási nehézségei is. Így a nukleáris meghajtási technológia hosszú-hosszú ideig a polcon maradt, mígnem 2020-ban az amerikai Defense Advanced Research Projects Agency, azaz a Védelmi Kutatási Projektek Ügynökségének kíváncsi emberei azt nem mondták, hogy tesztelni szeretnének egy ilyen rendszert. Ez vetette el a magját a DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) nevű programnak. A hadsereget a hasznos terhek hatékony mozgatása érdekelte a Föld és a Hold körül - erre vonatkozik a ciszlunáris szócska.


A technológiával már a múlt század hatvanas éveiben is foglalkoztak
A projekthez a NASA is csatlakozott azzal a céllal, hogy hasonló technológiát fejlesszenek ki egy marsi küldetéshez. Az ok nyilvánvaló: sok tudós és mérnök úgy véli, hogy az egyetlen fenntartható út a Mars-kutatási program számára a nukleáris meghajtás használata. Most pedig a NASA és a DARPA bejelentette, hogy a Lockheed Martint választották ki a kísérleti nukleáris termikus reaktoros jármű (X-NTRV) és a hajtóműve összeállításának feladatára. A Lockheed Martin egyik partnere a BWX Technologies lesz, amely a nukleáris reaktort fogja kifejleszteni, és a reaktor meghajtásához szükséges magas minőségű, alacsony dúsítású urán üzemanyagot elő fogja állítani. A megbízás értéke 499 millió dollár - mondta Tabitha Dodson, a DARPA programmenedzsere.

A NASA fogja irányítani a nukleáris hajtómű fejlesztését, a DARPA pedig számos más kérdést felügyel, a nukleáris szabályozási követelményektől kezdve a misszió működésén át a jármű biztonságával kapcsolatos összes elemzésig. A nukleáris reaktor biztonsági okokból "hideg" üzemmódban indul, és csak akkor kapcsolják be, ha a rakéta elég magas pályára állt. Ezt a végső pályát még nem határozták meg, de valószínűleg 700-2000 km magasan lesz a Föld felszíne felett, így a jármű visszatérése bolygónk légkörébe jó pár évtizeddel a nukleáris reakciók elindulása után fog megtörténni.

A nukleáris meghajtású járművet a Falcon 9 vagy a Vulcan rakéta fogja felvinni, és nagyjából úgy fog kinézni, mint egy hagyományos rakéta utolsó fokozata: egy nagy hidrogén üzemanyagtartályból, egy nukleáris reaktorból, egy tartószerkezetből és egy fúvókából áll majd. Amint biztonságos pályára kerül, a reaktor bekapcsol. A folyékony hidrogént ezután 20 kelvinről - ez mindössze 20 Celsius-fokkal van az abszolút nulla fok felett - 2700 kelvinre melegítik kevesebb mint egy másodperc alatt. És aztán? Majd meglátjuk. A reaktor és a hajtóanyagként használt urán gravitációmentes környezetben történő viselkedése nem teljesen ismert folyamat. "Fontos szem előtt tartani, hogy ez egy demonstrációs motor" - mondta Dodson. "És mint bármely más rakétahajtómű tesztelésénél, a NASA-nak egy sor további fejlesztési munkára lesz szüksége ahhoz, hogy közelebb kerüljön a tökéletes üzemképes hajtóműhöz."

A kísérlet a nukleáris hajtómű tesztelésén túl is izgalmas. Miközben rengeteg új technológia kerül majd a mikrogravitációban is működőképes nukleáris reaktorba beépítésre, sok erőfeszítésbe fog kerülni a jármű folyékony hidrogén hajtóanyagának kezelése is. Ezt az anyagot eddig csak napokig sikerült az űrben tárolni, mert 20 Kelvin hőmérséklet felett felforr. A küldetés megkísérli majd a folyékony hidrogént több hónapig ultrahideg állapotban tárolni, ami elegendő időt biztosít a nukleáris hajtómű többszöri tesztelésére. Miután a hajtóanyag elfogy, a hajtómű már nem lesz képes működni, de a földi misszióirányítók továbbra is fenntartják majd a kommunikációt az űrhajóval. A küldetés meghosszabbítható lenne, ha az üzemanyag-utántöltést is valahogy lehetővé tennék, és az űrhajó tervezői igyekeznek ezt a lehetőséget is figyelembe venni. Lehet, hogy a NASA és a DARPA addigra azonban már eleget tanul ahhoz, hogy belevágjanak egy működőképes hajtómű kifejlesztésébe, amelyet hasznos célokra is használni lehet.