stringtranslate.com

Демонстрационная ракета для гибких окололунных операций

Демонстрационная ракета для гибких цислунарных операций (DRACO) — это находящийся в стадии разработки космический аппарат компании Lockheed Martin в партнерстве с BWX Technologies в рамках программы DARPA , который будет продемонстрирован в космосе в 2027 году. [2] [3] Планируется, что экспериментальный аппарат будет многоразовым и будет использовать технологию ядерного теплового движения следующего поколения и низкообогащенный уран , [2] [3] [4] с Космическими силами США для обеспечения запуска. [5] В 2023 году NASA присоединилось к программе DARPA в разработке ядерной тепловой ракеты (NTR) для доставки экипажей астронавтов в дальний космос, например на Марс . [6] DRACO станет первой в мире демонстрацией на орбите двигателя NTR. [7] Сообщается, что он будет запущен на борту Vulcan Centaur в качестве полезной нагрузки . [8]

Табита Додсон, менеджер программы DARPA по DRACO, говорит: «В отличие от современных химических систем, которые достигли предела в своем развитии, ядерные технологии теоретически могут развиться до таких систем, как термоядерный синтез и далее. Космические корабли, разработанные для маневрирования и питания ядерными реакторами, позволят человечеству достичь больших высот, с более высокими шансами на выживание и успех в любой миссии». [9]

По данным Lockheed Martin, ядерный тепловой двигатель обеспечивает значительную эффективность и экономию времени. [10] NASA полагает, что гораздо более высокая эффективность будет в два-три раза выше, чем у химического двигателя , [5] а ядерный тепловой ракетный двигатель должен сократить время полета на Марс вдвое. [11]

Фон

В мае 1946 года ВВС США запустили проект «Ядерная энергия для движения самолетов» (NEPA) для изучения потенциала ядерной энергии для питания самолетов. [12] [13] Эта инициатива привела к совместным усилиям ВВС и Комиссии по атомной энергии США (AEC), известным как программа «Ядерное движение самолетов» (ANP), направленная на разработку ядерных двигательных установок для аэрокосмических аппаратов. [12] [13] Программа ANP была отменена в марте 1961 года после инвестирования 1 миллиарда долларов. [12] [13]

Использование ядерной энергии для космических путешествий, как сообщается, также обсуждалось с 1950-х годов среди отраслевых экспертов. Фримен Дайсон и Тед Тейлор , посредством своего участия в проекте Orion , стремились создать раннюю демонстрацию технологии. В конечном итоге проект получил поддержку Вернера фон Брауна и достиг стадии испытательного полета, но проект был прекращен досрочно из-за экологических проблем. [14]

В 1955 году ВВС объединились с AEC для разработки реакторов для ядерных ракет в рамках проекта Rover . [15] В середине 1958 года НАСА заменило ВВС [15] и построило реакторы Kiwi для проверки принципов ядерной ракеты в нелетающем ядерном двигателе. [16] Со следующим этапом Ядерного двигателя для применения в ракетных транспортных средствах ( NERVA ) НАСА и AEC стремились разработать ядерную тепловую ракету «как для дальних миссий на Марс, так и в качестве возможной верхней ступени для программы Apollo». [16] Из-за проблем с финансированием NERVA завершилась в 1973 году без летных испытаний. [16]

Новая программа

В 2020 году Национальные академии наук, инженерии и медицины по просьбе NASA созвали специальный комитет по технологиям космических ядерных двигателей для определения основных технических и программных проблем и рисков для разработки технологий космических ядерных двигателей для использования в будущих исследованиях Солнечной системы. Что касается систем ядерных тепловых двигателей (NTP), комитет определил следующие технологические проблемы: [17]

Комитет также подчеркнул отсутствие адекватных наземных испытательных установок, отметив, что «в настоящее время в Соединенных Штатах нет установок, которые могли бы провести наземные испытания на полной мощности полномасштабного реактора NTP, сопоставимые с экспериментами Rover/NERVA». [17] Тем не менее, в отчете комитета сделан вывод о том, что «агрессивная программа может разработать систему NTP, способную выполнить базовую миссию [пилотируемую миссию на Марс во время противостояния ] в 2039 году». [17]

В апреле 2021 года DARPA объявило о начале проекта DRACO, заключив 18-месячные контракты на первую фазу с General Atomics на разработку концепции ядерного реактора (22 миллиона долларов США), а также с Blue Origin (2,5 миллиона долларов США) и Lockheed Martin (2,9 миллиона долларов США) на разработку их конкурирующих операционных систем и демонстрационных систем. [18] [19]

В январе 2023 года NASA и DARPA объявили о сотрудничестве по DRACO, разделив программу стоимостью 499 миллионов долларов между собой на этапы 2 и 3. [6] [20] NASA будет отвечать за двигательную установку и ядерный реактор, а DARPA будет руководить требованиями к транспортному средству и интеграции, концепцией операций миссии, разрешениями на ядерный надзор и полномочиями по запуску. [6] Космические силы США планируют запустить DRACO либо на SpaceX Falcon 9, либо на United Launch Alliance Vulcan Centaur. [ необходима ссылка ]

26 июля 2023 года DARPA и NASA объявили о присуждении контракта компаниям Lockheed Martin и BWX Advanced Technologies (BWXT) для этапов 2 и 3 проекта DRACO на проектирование, создание и демонстрацию экспериментального NTR для запуска в 2027 году . [20] [21] Планируется, что BWXT спроектирует и построит реактор, изготовит топливо и поставит полную подсистему для интеграции в транспортное средство DRACO. [22]

Дизайн

Основные особенности конструкции DRACO включают в себя следующее: [23] [24]

Согласно президентскому меморандуму 2019 года [26] , одобрение запуска космического корабля, использующего уран с обогащением ниже 20% (так называемый корабль «Tier 2»), требуется только со стороны главы спонсирующего агентства (в данном случае министра обороны), а не со стороны Белого дома. [27]

Разработка и тестирование

Фаза 2 программы DRACO будет включать испытание двигателя NTR без ядерного топлива, в то время как Фаза 3 будет включать сборку заправленного NTR со ступенью, испытания на воздействие окружающей среды и космический запуск для проведения экспериментов на NTR и его реакторе. [30] Министерство энергетики США предоставит металл HALEU компании BWX Technologies для переработки в низкообогащенное топливо. [31] Количество HALEU, используемое для транспортного средства, вызвало некоторые опасения по поводу безопасности среди отраслевых экспертов и научного сообщества. [32]

На этапе 2 двигатель будет оценен в испытании на холодный поток с неядерным макетом двигателя для оценки механической целостности ядра. Такие испытания проводились в ходе программы Rover/NERVA с целью изучения способов предотвращения разрушения ядра от давления и высоких массовых расходов из-за турбомашин двигателя. [33]

Фаза 3 будет посвящена запуску и испытаниям в условиях космической среды, сборке и испытаниям платформы-хозяина, нагрузочным испытаниям и изучению того, как взаимодействовать и управлять двигателем перед его отправкой в ​​космос. Во время демонстрации Фазы 3 космический корабль будет запущен на высокую орбиту вокруг Земли, на высоте от 435 до 1240 миль (от 700 до 2000 километров) над поверхностью. [23] После выхода в космос реактор DRACO не планируется активировать до тех пор, пока он не будет установлен на безопасной орбите. Минимальная высота орбиты определяется расчетным временем, которое потребуется для распада продуктов деления до уровня радиоактивности, присутствующего при запуске. В случае реактора DRACO это составляет около 300 лет, что требует орбиты выше примерно 700 км, если время орбитального распада должно превысить это значение. [23]

Согласно графику, представленному в Конгрессе в документе «Оценка бюджета НАСА на 2025 финансовый год», проект должен начать реализацию в сентябре 2024 года. [34] [ требуется обновление ]

Ссылки

  1. ^ «DARPA и NASA выбирают Lockheed Martin для демонстрации ядерной ракеты DRACO» Geekwire, 23 июля 2023 г.
  2. ^ ab Mike Wall (26 июля 2023 г.). "NASA, DARPA выведут ядерную ракету на орбиту к началу 2026 г.". Space.com . Получено 13 апреля 2024 г. .
  3. ^ ab "Lockheed Martin выбрана для разработки ядерного космического корабля". Медиа - Lockheed Martin . Получено 13 апреля 2024 г. .
  4. ^ «NASA нацелилось на Марс с помощью ядерного ракетного двигателя». NBC News . 22 мая 2023 г. Получено 10 мая 2024 г.
  5. ^ ab Foust, Jeff (26 июля 2023 г.). «NASA и DARPA выбирают Lockheed Martin для разработки демонстрационной ядерной силовой установки DRACO». SpaceNews . Получено 12 мая 2024 г.
  6. ^ abc "NASA, DARPA испытают ядерный двигатель для будущих миссий на Марс". 24 января 2023 г. Получено 22 мая 2024 г.
  7. ^ "BWXT начнет работу над цислунарным ядерным ракетным двигателем и топливом". World Nuclear News . 26 июля 2023 г. Получено 12 мая 2024 г.
  8. ^ Эрвин, Сандра (31 октября 2023 г.). «Космические силы назначают 21 миссию национальной безопасности ULA и SpaceX». SpaceNews . Получено 22 мая 2024 г.
  9. ^ "NASA, DARPA сотрудничают с промышленностью по ракетному двигателю для Марса". NASA . 26 июля 2023 г. Получено 13 апреля 2024 г.
  10. ^ "(Nu)clear the Way: The Future of Nuclear Propulsion is Here". Lockheed Martin . Получено 13 апреля 2024 г. .
  11. ↑ Чанг, Кеннет (26 июля 2023 г.). «NASA ищет ракету с ядерным двигателем, чтобы добраться до Марса вдвое быстрее». The New York Times . ISSN  0362-4331 . Получено 10 мая 2024 г.
  12. ^ abc Waid, Jack (21 июня 2021 г.). «История в двух словах: программа создания пилотируемых ядерных самолетов». Air Force Materiel Command . Получено 15 мая 2024 г.
  13. ^ abc Макмиллан, Тим (4 октября 2023 г.). «Исследовательская лаборатория ВВС делает гигантский скачок в новую космическую эру с планами создания космических аппаратов с ядерным двигателем». thedebrief.org . Получено 15 мая 2024 г.
  14. ^ "Ядерный импульсный двигатель: ворота к звездам". ans.org . Получено 13 апреля 2024 г. .
  15. ^ ab Butz Jr., JS (1 июня 1961 г.). «Rover — ядерный путь в космос». airandspaceforces.com . Получено 14 мая 2024 г. .
  16. ^ abc "Ядерные ракеты". NASA . Получено 14 мая 2024 г.
  17. ^ abc Национальные академии наук, инженерии и медицины (2021). Космический ядерный двигатель для исследования Марса человеком (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. doi : 10.17226/25977. ISBN 978-0-309-68480-4.{{cite report}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  18. ^ Эрвин, Сандра (12 апреля 2021 г.). «DARPA выбирает Blue Origin, Lockheed Martin для разработки космического корабля для демонстрации ядерного двигателя». SpaceNews . Получено 2 июня 2024 г.
  19. ^ "DARPA выбирает исполнителей для фазы 1 программы Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO)". darpa.mil . 12 апреля 2021 г. . Получено 3 июня 2024 г. .
  20. ^ ab Hitchens, Theresa (26 июля 2023 г.). «DARPA, NASA привлекают Lockheed Martin для разработки и строительства ядерной ракеты DRACO для полетов в дальний космос». Breaking Defense . Получено 9 мая 2024 г.
  21. ↑ Дэвенпорт, Кристиан (27 июля 2023 г.). «NASA и Пентагон заключили контракт на создание ядерного ракетного двигателя». Washington Post . ISSN  0190-8286 . Получено 10 мая 2024 г.
  22. ^ "BWXT поставит двигатель и топливо для ядерного реактора для космического проекта DARPA". BWXT.com . BWX Technologies, Inc. 26 июля 2023 г. . Получено 10 июня 2024 г. .
  23. ^ abcde Норрис, Гай (14 августа 2023 г.), «Going Nuclear», Aviation Week and Space Technology
  24. ↑ Krywko, Jacek (22 июля 2024 г.). «Мы снова строим ядерные космические корабли — на этот раз по-настоящему». Ars Technica . Получено 23 июля 2024 г.
  25. ^ Коннолли, Томас Дж. (1978). Основы ядерной инженерии . Нью-Йорк: John Wiley & Sons. стр. 288. ISBN 9780471168584.
  26. ^ «Запуск космического корабля, содержащего космические ядерные системы» (Документ). Президентский меморандум по национальной безопасности-20. 20 августа 2019 г.
  27. ^ Маккаллум, Питер (6–9 апреля 2020 г.). Улучшения в процессе утверждения ядерного запуска и возможности для новых миссий (PDF) . Ядерные и новые технологии для космоса 2020: Трек 3: Концепции и политика миссий для ядерных космических систем. Национальная лаборатория Оук-Ридж.
  28. ^ Гудгер, Э. М. (1970). Принципы движения в космических полетах. Elsevier. ISBN 9781483158600.
  29. ^ Celnikier, LM (1993). Основы космического полета . Гиф-сюр-Иветт, Франция: Editions Frontieres. ISBN 9782863321317.
  30. ^ "Демонстрационная ракета для гибких цислунарных операций (DRACO)". darpa.mil . Получено 12 мая 2024 г. .
  31. ^ "DARPA начинает проектирование и изготовление экспериментального транспортного средства DRACO NTR". darpa.mil . 26 июля 2023 г. . Получено 15 мая 2024 г. .
  32. ^ Крывко, Яцек (10 июня 2024 г.). «Планируемая DARPA ядерная ракета будет использовать достаточно топлива, чтобы построить бомбу». Ars Technica . Получено 16 июня 2024 г.
  33. ^ «Ведение DRACO к запуску: интервью с Табитой Додсон из DARPA». ans.org/news/ . 28 июля 2023 г. . Получено 28 июня 2024 г. .
  34. ^ «Оценка бюджета на 2025 финансовый год» (PDF) .

Внешние ссылки