La National Aeronautics and Space Administration (NASA) ha condiviso maggiori dettagli sui suoi piani per far volare un razzo a propulsione nucleare nel 2027. Questo test studierà il motore e assicurerà che funzioni come previsto.
I dettagli per il razzo nucleare e il ruolo della NASA nel suo sviluppo sono stati rivelati in una riunione del Consiglio consultivo della NASA questa settimana. All’evento, il responsabile del portafoglio di tecnologia nucleare spaziale della NASA, il dottor Anthony Calomino, ha sottolineato che il lancio del razzo nucleare è pianificato per renderlo completamente sicuro e che il reattore non sarà acceso fino a quando non sarà in un’orbita sicura lontano dalla Terra.
I piani della NASA per l’utilizzo della tecnologia nucleare nello spazio ruotano attorno a tre progetti. Si tratta della generazione di energia di superficie a fissione nucleare (o di una tipica centrale nucleare), della propulsione elettrica nucleare e della propulsione termica nucleare. Su questo fronte, l’agenzia sta attualmente lavorando con sei appaltatori per sviluppare un impianto di superficie a fissione lunare elettrico da 40 kilowatt. La NASA e il Dipartimento dell’Energia hanno collaborato con Lockheed Martin, BIWXT, Westinghouse, Aerojet Rocketdyne, Intuit Machines e X-Energy.
Il dottor Calomino ha condiviso che le revisioni del design sono terminate ad aprile e la proposta di Lockheed è in fase di revisione. La NASA e il DOE stanno anche utilizzando un progetto di riferimento del governo per valutare l’ammontare degli investimenti necessari nel progetto, e il funzionario dell’agenzia ha condiviso che sta lavorando con l’Air Force Research Laboratory per il suo progetto Joint Energy Technology Supplying On-Orbit Nuclear Power (JETSON). La NASA sta anche esaminando opportunità per fornire materiali di supporto come materiali leggeri e apparecchiature di schermatura.
Il dottor Calomino ha aggiunto che anche alcuni appaltatori, come Lockheed e Westinghouse, si stanno avvicinando all’impianto di superficie a fissione per utilizzare i suoi benefici per il loro progetto aziendale (inclusa un’economia lunare per Lockheed). Lockheed ha recentemente presentato una domanda alla FCC chiedendo il permesso di comunicare con oggetti lunari e nella domanda era compresa a sorpresa l’installazione di una centrale nucleare.
Per quanto riguarda la propulsione nucleare, la NASA è passata dal concentrarsi sullo sviluppo di tecnologie per le missioni su Marte allo sviluppo di progetti cislunari. L’agenzia è anche interessata ad accordi di condivisione dei costi con altre agenzie governative, come il Dipartimento della Difesa.
Nello sviluppo di veicoli a propulsione elettrica nucleare (NEP), le tecnologie esistenti come i sistemi nucleari di superficie e i sistemi elettrici solari possono svolgere un ruolo cruciale e consentire risparmi di tempo cruciali. Un sistema elettrico nucleare utilizza una centrale nucleare per generare elettricità che genera spinta attraverso gas stabili. La NASA mira a generare “qualcosa nell’ordine delle decine di kilowatt” per il veicolo NEP, ed è anche interessata allo sviluppo di sistemi di “spinta chimica” che utilizzeranno metano o altri propellenti criogenici.
L’obiettivo è sviluppare le tecnologie per le missioni lunari e determinare quale tecnologia si adatta alle missioni per Marte. La NASA sta esaminando opzioni di spinta inferiore e sotto scala per dimostrare le capacità operative e determinare i requisiti applicativi.
L’altro sistema di propulsione nucleare su cui si sta lavorando è la propulsione termica nucleare (NTP). La NASA ha collaborato con l’Idaho National Laboratory del DOE per assegnare tre contratti di sviluppo di reattori nucleari NTP nel 2021. A differenza di NEP, che utilizza l’elettricità per alimentare il motore, NTP utilizza il calore di un reattore per espandere l’idrogeno e generare spinta. La NASA ha collaborato con DARPA per sviluppare un motore NTP. L’agenzia si concentrerà sul motore e DARPA svilupperà tecnologie per lanciare il razzo nucleare come carico utile.
Il dottor Calomino ha condiviso che l’agenzia mira a generare diecimila libbre di spinta attraverso il motore. È anche interessata all’utilizzo dell’idrogeno a causa delle sue elevate proprietà specifiche di impulso. La missione DARPA, il cui lancio è previsto nel 2027, utilizzerà un prototipo di motore che sarà il primo sistema a fissione utilizzato nello spazio dal lancio del satellite a propulsione nucleare SNAP-10A nel 1965. Questo veicolo non avrà sistemi di gestione a criofluido attivo (CFM) e una capacità nucleare passiva. Il CFM è una parte critica dei motori nucleari a causa della necessità di gestire i propellenti super freddi per periodi prolungati.
La partnership con DARPA ha anche consentito alla NASA di accelerare i suoi sforzi di sviluppo NTP. I suoi precedenti investimenti in tecnologia hanno raggiunto un punto in cui è possibile dimostrare un tale sistema. Un collo di bottiglia che l’agenzia deve affrontare è l’espansione dell’uranio ad alto dosaggio e basso arricchimento (HALEU) agli intervalli di temperatura richiesti dal motore. Il motore dovrebbe funzionare a temperature comprese tra 28.000 e 29.000 Kelvin, che sollecitano il reattore ed i suoi materiali. L’agenzia sta lavorando con il DOE per progettare e testare il reattore.
Le società che attualmente collaborano con la NASA sono Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC), BWXT (una partnership tra Lockheed e Aerojet) e General Atomics. Di questi, Aeroject sfrutterà la sua esperienza nella produzione di motori per produrre turbomacchine e la NASA progetterà questi componenti. L’agenzia spaziale ha anche terminato i test del carburante su campioni di ceramica e sta studiando i riscaldamenti e raffreddamenti rapidi e le loro implicazioni sull’operazione. I test del propulsore NEP sono in corso presso i Jet Propulsion Laboratories e i partner commerciali hanno terminato la loro revisione preliminare del progetto nel settembre 2022 e l’hanno estesa per includere test hardware e fattibilità operativa della capacità e del design del reattore.
Passando alle specifiche della missione del 2027, il Dr. Calomino ha condiviso l’obiettivo di acquisire una prospettiva fisica e ingegneristica per il funzionamento di un sistema integrato nello spazio. Questo testerà le operazioni di accensione e spegnimento con i controlli di macchinari e turbopompe. La maggior parte dei test verrà eseguita a basso impulso specifico per un intervallo di bassa temperatura e, al termine di questi test, il motore verrà alimentato ai livelli di impulso specifico più elevati.
Il motore nucleare DRACO verrà lanciato in un’orbita sicura superiore a 1500 chilometri. L’U-235 nel motore al momento del lancio non sarà stato fissato. Pertanto, presenterà bassi rischi per la salute e i reattori lanciati saranno freddi, il che significa che non saranno mai stati utilizzati prima. Il rettore verrà attivato una volta raggiunta l’orbita.
