Trong quá trình theo đuổi các sứ mệnh sẽ đưa chúng ta trở lại Mặt trăng, tới Sao Hỏa và hơn thế nữa, NASA đã khám phá một số khái niệm động cơ thế hệ tiếp theo. Trong khi các khái niệm hiện có lợi thế của chúng - tên lửa hóa học có mật độ năng lượng cao và động cơ ion rất tiết kiệm nhiên liệu - hy vọng của chúng tôi cho bản lề trong tương lai về việc chúng tôi tìm ra giải pháp thay thế kết hợp hiệu quả và sức mạnh.
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm bay không gian NASA Marshall Marshall một lần nữa tìm cách phát triển tên lửa hạt nhân. Là một phần của Chương trình phát triển thay đổi trò chơi của NASA, dự án Lực đẩy nhiệt hạt nhân (NTP) sẽ chứng kiến việc tạo ra tàu vũ trụ hiệu quả cao, có khả năng sử dụng ít nhiên liệu hơn để cung cấp trọng tải nặng cho các hành tinh xa xôi và trong một khoảng thời gian tương đối ngắn .
Như Sonny Mitchell, dự án của dự án NTP tại Trung tâm hàng không vũ trụ NASA Marshall Marshall, cho biết trong một thông cáo báo chí gần đây của NASA:
Khi chúng ta đẩy mạnh vào hệ mặt trời, lực đẩy hạt nhân có thể cung cấp tùy chọn công nghệ thực sự khả thi duy nhất để mở rộng phạm vi của con người đến bề mặt Sao Hỏa và đến các thế giới bên kia. Chúng tôi rất vui mừng được làm việc trên các công nghệ có thể mở ra không gian sâu để khám phá con người.
Để thấy điều này, NASA đã hợp tác với BWX Technologies (BWXT), một công ty năng lượng và công nghệ có trụ sở tại Virginia, một nhà cung cấp hàng đầu các thành phần hạt nhân và nhiên liệu cho chính phủ Hoa Kỳ. Để hỗ trợ NASA phát triển các lò phản ứng cần thiết hỗ trợ các sứ mệnh phi hành đoàn trong tương lai tới Sao Hỏa, công ty con của công ty (Công ty năng lượng hạt nhân (BWXT Nucle Energy, Inc.) đã được trao một hợp đồng ba năm trị giá 18,8 triệu đô la.
Trong ba năm mà họ sẽ làm việc với NASA, BWXT sẽ cung cấp dữ liệu kỹ thuật và lập trình cần thiết để thực hiện công nghệ NTP. Điều này sẽ bao gồm họ sản xuất và thử nghiệm các yếu tố nhiên liệu nguyên mẫu và giúp NASA giải quyết mọi yêu cầu cấp phép và quy định hạt nhân. BWXT cũng sẽ hỗ trợ các nhà hoạch định của NASA trong việc giải quyết các vấn đề về tính khả thi và khả năng chi trả với chương trình NTP của họ.
Như Rex D. Geveden, Chủ tịch và Giám đốc điều hành của BWXT, đã nói về thỏa thuận này:
Cấm BWXT rất vui mừng được hợp tác với NASA trong chương trình không gian hạt nhân thú vị này để hỗ trợ sứ mệnh sao Hỏa. Chúng tôi có đủ điều kiện duy nhất để thiết kế, phát triển và sản xuất lò phản ứng và nhiên liệu cho tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng hạt nhân. Đây là thời cơ thích hợp để xoay vòng khả năng của chúng ta vào thị trường vũ trụ nơi chúng ta nhìn thấy cơ hội tăng trưởng dài hạn trong lực đẩy hạt nhân và năng lượng bề mặt hạt nhân.
Trong một tên lửa NTP, các phản ứng uranium hoặc deuterium được sử dụng để đốt nóng hydro lỏng bên trong lò phản ứng, biến nó thành khí hydro bị ion hóa (plasma), sau đó được truyền qua một vòi phun để tạo lực đẩy. Một phương pháp khả thi thứ hai, được gọi là Động cơ điện hạt nhân (NEC), liên quan đến cùng một lò phản ứng cơ bản đã chuyển đổi nhiệt và năng lượng của nó thành năng lượng điện, sau đó cung cấp năng lượng cho động cơ điện.
Trong cả hai trường hợp, tên lửa dựa vào phân hạch hạt nhân để tạo ra lực đẩy chứ không phải là nhiên liệu hóa học, vốn là trụ cột của NASA và tất cả các cơ quan vũ trụ khác cho đến nay. So với hình thức đẩy truyền thống này, cả hai loại động cơ hạt nhân đều mang lại một số lợi thế. Đầu tiên và rõ ràng nhất là mật độ năng lượng gần như không giới hạn mà nó cung cấp so với nhiên liệu tên lửa.
Điều này sẽ cắt giảm tổng lượng nhiên liệu cần thiết, do đó cắt giảm trọng lượng phóng và chi phí cho các nhiệm vụ riêng lẻ. Một động cơ hạt nhân mạnh hơn có nghĩa là giảm thời gian chuyến đi. NASA đã ước tính rằng một hệ thống NTP có thể thực hiện hành trình lên Sao Hỏa tới bốn tháng thay vì sáu tháng, điều này sẽ làm giảm lượng phóng xạ mà các phi hành gia sẽ tiếp xúc trong suốt hành trình của họ.
Công bằng mà nói, khái niệm sử dụng tên lửa hạt nhân để khám phá Vũ trụ không phải là mới. Trên thực tế, NASA đã khám phá khả năng đẩy hạt nhân rộng rãi dưới Văn phòng đẩy hạt nhân không gian. Trên thực tế, trong khoảng thời gian từ năm 1959 đến năm 1972, SNPO đã tiến hành 23 cuộc thử nghiệm lò phản ứng tại Trạm phát triển tên lửa hạt nhân tại Khu thử nghiệm AECline Nevada, tại Jackass Flats, Nevada.
Năm 1963, SNPO cũng tạo ra chương trình Động cơ hạt nhân cho các ứng dụng phương tiện tên lửa (NERVA) để phát triển lực đẩy nhiệt hạt nhân cho nhiệm vụ phi hành đoàn tầm xa đến Mặt trăng và không gian liên hành tinh. Điều này dẫn đến việc tạo ra NRX / XE, một động cơ nhiệt hạt nhân được SNPO chứng nhận là đã đáp ứng các yêu cầu cho một nhiệm vụ phi hành đoàn lên Sao Hỏa.
Liên Xô đã tiến hành các nghiên cứu tương tự trong những năm 1960, hy vọng sẽ sử dụng chúng ở giai đoạn trên của tên lửa N-1 của họ. Bất chấp những nỗ lực này, không có tên lửa hạt nhân nào được đưa vào sử dụng, do sự kết hợp của việc cắt giảm ngân sách, mất lợi ích công cộng và sự xuống dốc chung của Cuộc đua không gian sau khi chương trình Apollo hoàn tất.
Nhưng với mối quan tâm hiện tại về thám hiểm không gian và sứ mệnh đầy tham vọng được đề xuất lên Sao Hỏa và hơn thế nữa, dường như tên lửa hạt nhân cuối cùng cũng có thể nhìn thấy dịch vụ. Một ý tưởng phổ biến đang được xem xét là một tên lửa đa tầng sẽ dựa vào cả động cơ hạt nhân và các máy đẩy thông thường - một khái niệm được gọi là tàu vũ trụ lưỡng kim của Hồi giáo. Một người đề xuất chính cho ý tưởng này là Tiến sĩ Michael G. Houts thuộc Trung tâm bay không gian Marshall của NASA.
Vào năm 2014, Tiến sĩ Houts đã thực hiện một bài thuyết trình phác thảo cách các tên lửa lưỡng kim (và các khái niệm hạt nhân khác) đại diện cho các công nghệ thay đổi trò chơi trong trò chơi thám hiểm không gian. Lấy ví dụ, ông giải thích cách Hệ thống phóng không gian (SLS) - một công nghệ quan trọng trong NASA, đề xuất phi hành đoàn lên sao Hỏa - có thể được trang bị tên lửa hóa học ở tầng thấp và động cơ nhiệt hạt nhân ở tầng trên.
Trong thiết lập này, động cơ hạt nhân sẽ vẫn còn lạnh lùng cho đến khi tên lửa đạt được quỹ đạo, lúc đó giai đoạn trên sẽ được triển khai và lò phản ứng sẽ được kích hoạt để tạo lực đẩy. Các ví dụ khác được trích dẫn trong báo cáo bao gồm các vệ tinh tầm xa có thể khám phá Hệ mặt trời bên ngoài và Vành đai Kuiper và vận chuyển nhanh chóng, hiệu quả cho các nhiệm vụ có người lái trong Hệ mặt trời.
Hợp đồng mới của công ty, dự kiến sẽ bắt đầu vào ngày 30 tháng 9 năm 2019. Vào thời điểm đó, dự án Động cơ nhiệt hạt nhân sẽ xác định tính khả thi của việc sử dụng nhiên liệu uranium làm giàu thấp. Sau đó, dự án sau đó sẽ dành một năm để thử nghiệm và hoàn thiện khả năng sản xuất các yếu tố nhiên liệu cần thiết. Nếu mọi việc suôn sẻ, chúng ta có thể hy vọng rằng Hành trình đến NASA Mars Mars có thể kết hợp một số động cơ hạt nhân!
