22 mei 2024

NASA doet forse stappen in nucleaire ruimtevaart en kondigt een demonstratievlucht van een nucleair aangedreven raket in 2027 aan

DRACO, artistieke impressie, Credits; DARPA/NASA

NASA doet momenteel forse stappen op het gebied van nucleaire ruimtevaart. Recent heeft NASA groen licht gegeven om een zeer compacte en efficiënte nucleaire energiebron te ontwikkelen voor deep-space missies, genaamd de ‘Thermo-radiatieve Generator’. Dit nieuwe type generator zal ontwikkeld worden door een team van het Rochester Institute of Technology, (New York) Tevens werken NASA en DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), intensief samen aan een nucleair-thermische reactor (NTP) voor raketvoorstuwing. Het project heet ‘DRACO’ (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations). Recent werd bekend gemaakt dat er een demontratievlucht staat gepland voor 2027.

NASA’s ‘Thermo-radiative Generator’
Het TRG-concept moet veel efficiënter gaan werken dan een zonnepaneel, en ook is de TRG veel compacter. De TRG bestaat uit een thermoradiatieve cel die elektriciteit opwekt uit warmte en vervolgens de afvalenergie dumpt in de vorm van infraroodfotonen. Deze warmte, in de vorm van infrarood licht raakt een paneel met elementen bestaande uit iridium, arseen, en fosfor in een keur aan combinaties. Dit TRG-concept biedt enige voordelen, qua omvang en efficiëntie, aldus NASA. De TRG zal zo een tiende van de omvang van de energiebronnen zijn die nu gebruikt worden voor deep-space c.q. planetaire missies, waaronder bijvoorbeeld de Multi-Mission Radioisotope Thermal Generators (MMRTG’s), waar o.a. de Perseverance-rover mee is uitgerust. Voorbeelden voor toepassingen van het TRG-concept zijn bijvoorbeeld NASA’s Flagship Uranus-missie, deze missie zou mogelijk vergezeld kunnen gaan van een kleine vloot CubeSats die zouden kunnen helpen bij verkenning door meer gezichtspunten te bieden. 

Radio-isotoop thermo-elektrische generatoren voor in de ruimte
Kortom, de TRG biedt de mogelijkheid voor een geheel nieuwe generatie van deep-space CubeSats. De meeste satellieten vandaag de dag worden aangedreven door zonnepanelen die zonlicht omzetten in elektriciteit door fotonen te absorberen
om een potentiële onbalans in de materialen van de paneelcellen te creëren om een elektrische stroom te genereren. In de barre omstandigheden van de ruimte, kan zonlicht echter niet altijd de benodigde energie produceren. Vandaar de MMRTG’s, de radio-isotoop produceert warmte, en thermokoppels zetten de warmte direct om in elektriciteit, maar ze zijn fors. Het paar gebruikt op de Perseverance. is, per stuk, 64 cm in diameter en 66 cm lang. Elk wegen ze 45 kg. Beide bevatten 4,8 kg plutoniumdioxide, als brandstof om warmte te leveren aan de thermokoppels, terwijl de radioactieve elementen vervallen.

MMRTG Perseverance, Credits; DoE, Space.com

Deze MMRTG’s zijn dus louter geschikt voor forse ruimtevaartuigen – de Perseverance bijvoorbeeld heeft de afmeting van een flinke SUV – daar het gebruikte systeem slechts zoveel massaspecifiek vermogen heeft, wat een maat is voor hoeveel watt vermogen kan worden geproduceerd per eenheid van een machine. Een MMRTG heeft een verhouding van ongeveer 30 W/kg. Maar door te kijken naar de thermodynamica van de grootte, gewicht en vermogen, hoopt NASA met deze TRG, deze verhouding met een orde van grootte te verminderen tot slechts 3 W/kg, met een even grote afname van het volume. Het nieuw concept is a.h.w. als een omgekeerd werkend zonnepaneel. Wanneer een zonnepaneel licht absorbeert, wordt een deel ervan omgezet in elektriciteit en het grootste deel in warmte. De TRG-stroombron werkt op het idee van de thermoradiatieve cel, waar warmte in de vorm van infrarood licht een paneel raakt met bepaalde elementen in verschillende combinaties, en dit produceert een potentiaalverschil met een omgekeerde polariteit t.o.v. zonnecellen. Deze TRG kan, mits praktisch gemaakt, betekenen dat toekomstige missies naar Jupiter en daarbuiten, gebruik kunnen maken van ruimtevaartuigen ter grootte van CubeSats met kleine generatoren die ze alle kracht geven die ze nodig hebben.

DRACO, artistieke impressie Credits; DARPA/Military.com

Met het DRACO-project kijken DARPA en NASA naar nucleair-thermale propulsie (NTP) om ruimtevaartuigen buiten de atmosfeer van de aarde van stroom te voorzien tot net buiten de baan van de maan. Het idee is dat een kernreactor een drijfgas, zoals waterstof, tot extreme temperaturen zou verhitten, wat resulteert in een stuwkracht die tot zo’n vijf keer de efficiëntie bezit van een chemische raket.

Share

Speak Your Mind

*