NASA는 우리를 달, 화성 및 그 너머로 데려다 줄 임무를 추구하면서 여러 가지 차세대 추진 개념을 연구하고 있습니다. 기존 개념은 장점이 있지만 화학 로켓은 에너지 밀도가 높고 이온 엔진은 연료 효율이 매우 뛰어납니다. 미래에 대한 희망은 효율성과 전력을 결합한 대안을 찾는 데 달려 있습니다.
이를 위해 NASA의 마샬 우주 비행 센터 (Marshall Space Flight Center)의 연구원들은 핵 로켓 개발을 다시 한 번 찾고 있습니다. NASA의 게임 변화 개발 프로그램의 일환으로, NTP (Nuclear Thermal Propulsion) 프로젝트는 적은 양의 연료를 사용하여 먼 행성에 무거운 탑재량을 전달할 수있는 고효율 우주선이 비교적 짧은 시간 내에 생성되는 것을 보게 될 것입니다 .
NASA의 Marshall Space Flight Center의 NTP 프로젝트 인 Sonny Mitchell은 최근 NASA의 언론 보도에서 다음과 같이 말했습니다.
“우리가 태양계로 나아가면서 핵 추진은 인간의 도달 범위를 화성 표면과 세계를 넘어 확장 할 수있는 유일하게 실용적인 기술 옵션을 제공 할 수 있습니다. 우리는 인간 탐험을위한 깊은 공간을 열 수있는 기술을 개발하게되어 기쁩니다.”
이를 통해 NASA는 버지니아 기반의 에너지 및 기술 회사 인 BWX Technologies (BWXT)와 파트너십을 체결하여 미국 정부에 핵 구성 요소 및 연료를 공급하는 선두 업체입니다. NASA가 화성에 대한 미래의 승무원 임무를 지원할 원자로 개발에 도움을주기 위해이 회사의 자회사 (BWXT Nuclear Energy, Inc.)는 3,800 만 달러의 3 년간 계약을 체결했습니다.
NASA와 협력 할 3 년 동안 BWXT는 NTP 기술을 구현하는 데 필요한 기술 및 프로그래밍 데이터를 제공 할 것입니다. 이는 프로토 타입 연료 요소를 제조 및 테스트하고 NASA가 핵 라이센싱 및 규제 요구 사항을 해결할 수 있도록 도와줍니다. BWXT는 또한 NASA 플래너가 타당성 문제를 NTP 프로그램으로 해결할 수 있도록 지원할 것입니다.
BWXT의 사장 겸 CEO 인 Rex D. Geveden은 다음과 같이 말했습니다.
“BWXT는 화성 임무를 지원하는이 흥미로운 핵 우주 프로그램에 대해 NASA와 함께 일하게되어 매우 기쁩니다. 우리는 원자력 우주선의 원자로와 연료를 설계, 개발 및 제조 할 수있는 고유 한 자격을 갖추고 있습니다. 우리는 핵 추진력과 핵 표면 전력에서 장기적인 성장 기회를 볼 수있는 우주 시장으로 우리의 역량을 끌어들일 수있는 기회입니다.”
NTP 로켓에서 우라늄 또는 중수소 반응은 반응기 내부의 액체 수소를 가열하여 이온화 수소 가스 (플라즈마)로 전환 한 다음 로켓 노즐을 통해 추력을 발생시킵니다. NEC (Nuclear Electric Propulsion)로 알려진 두 번째 가능한 방법은 열과 에너지를 전기 에너지로 변환 한 다음 동일한 기본 원자로를 사용하여 전기 엔진에 전력을 공급하는 것입니다.
두 경우 모두 로켓은 핵분열에 의존하여 현재까지 NASA와 다른 모든 우주 기관의 주류였던 화학 추진제보다는 추진력을 생성합니다. 이 전통적인 추진 방식과 비교할 때 두 가지 유형의 원자력 엔진은 여러 가지 장점을 제공합니다. 첫 번째이자 가장 명백한 것은 로켓 연료와 비교할 때 사실상 무한한 에너지 밀도입니다.
이것은 필요한 추진제의 총량을 줄여 발사 무게와 개별 임무 비용을 줄입니다. 더 강력한 핵 엔진은 여행 시간이 단축된다는 것을 의미합니다. 이미 NASA는 NTP 시스템이 6 개월이 아닌 4 개월까지 화성으로 항해 할 수 있다고 추정했으며, 이로 인해 우주 비행사들이 여행 중에 노출되는 방사선의 양이 줄어 듭니다.
공평하게 말하자면, 우주를 탐험하기 위해 핵 로켓을 사용한다는 개념은 새로운 것이 아닙니다. 실제로 NASA는 우주 핵 추진 국 (Space Nuclear Propulsion Office)에서 핵 추진의 가능성을 광범위하게 조사했다. 실제로 1959 년에서 1972 년 사이에 SNPO는 네바다 주 잭스 플랫 (Jackass Flats)에있는 AEC의 네바다 테스트 장소에있는 핵 로켓 개발 스테이션에서 23 개의 원자로 테스트를 수행했습니다.
1963 년, SNPO는 NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications) 프로그램을 만들어 달과 행성 간 공간으로의 장거리 승무원 임무를위한 핵열 추진을 개발했습니다. 이로 인해 SNPO가 화성 승무원의 요구 사항을 충족한다고 인증 한 핵열 엔진 인 NRX / XE가 탄생했습니다.
소비에트 연방은 1960 년대에 비슷한 연구를 수행하여 N-1 로켓의 상단에 사용하기를 희망했다. 이러한 노력에도 불구하고, 아폴로 프로그램이 완료된 후 예산 삭감, 공익 손실 및 우주 경주의 일반적인 중단으로 인해 핵 로켓이 가동되지 않았습니다.
그러나 현재 우주 탐사에 대한 관심과 화성 이상으로 제안 된 야심 찬 임무를 고려할 때 핵 로켓이 마침내 서비스를받는 것으로 보인다. 고려중인 인기있는 아이디어 중 하나는 "바이 모달 우주선"이라는 개념 인 원자력 엔진과 기존의 스러 스터를 모두 사용하는 다단 로켓입니다. 이 아이디어의 주요 지지자는 NASA Marshall 우주 비행 센터의 Michael G. Houts 박사입니다.
Houts 박사는 2014 년에 바이 모달 로켓 (및 기타 핵 개념)이 "우주 탐사를위한 게임 변경 기술"을 어떻게 표현했는지에 대한 프레젠테이션을 진행했습니다. 예를 들어, NASA가 제안한 화성 탐사 임무의 핵심 기술인 SLS (Space Launch System)에 낮은 단계에서는 화학 로켓을 설치하고 상부에는 핵 열 엔진을 장착하는 방법을 설명했습니다.
이 설정에서, 로켓이 궤도에 도달 할 때까지 핵 엔진은 "차가운"상태로 유지되는데,이 시점에서 상부 단계가 전개되고 원자로는 추진력을 발생 시키도록 활성화된다. 이 보고서에 인용 된 다른 예로는 Outer Solar System과 Kuiper Belt를 탐색 할 수있는 장거리 위성과 태양계 전역의 유인 임무를위한 빠르고 효율적인 교통 수단이 있습니다.
이 회사의 새로운 계약은 2019 년 9 월 30 일까지 진행될 것으로 예상됩니다. 이때 원자력 열 추진 프로젝트는 저 농축 우라늄 연료 사용 가능성을 결정할 것입니다. 그 후, 프로젝트는 1 년 동안 필요한 연료 요소를 제조하는 능력을 테스트하고 개선하는 데 소비 할 것입니다. 모든 것이 잘된다면, NASA의 "화성으로의 여행"은 단지 일부 핵 엔진을 포함 할 것으로 기대할 수 있습니다!
