हम नए सिरे से अंतरिक्ष अन्वेषण के युग में रह रहे हैं, जहां कई एजेंसियां आने वाले वर्षों में अंतरिक्ष यात्रियों को चंद्रमा पर भेजने की योजना बना रही हैं। अगले दशक में, नासा और चीन मंगल ग्रह पर चालक दल भेजेंगे, और जल्द ही अन्य देश भी इसमें शामिल हो सकते हैं। ये और अन्य मिशन जो अंतरिक्ष यात्रियों को निम्न पृथ्वी की कक्षा (एलओओ) और पृथ्वी-चंद्रमा प्रणाली से परे ले जाएंगे, उन्हें जीवन समर्थन और विकिरण सुरक्षा से लेकर ऊर्जा और प्रणोदन तक की नई तकनीकों की आवश्यकता है। और जब बाद की बात आती है, तो न्यूक्लियर थर्मल और न्यूक्लियर इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन (NTP/NEP) जीत का मुख्य दावेदार है!
2023 नासा इनोवेटिव एडवांस्ड कॉन्सेप्ट्स (एनआईएसी) कार्यक्रम के हिस्से के रूप में, नासा ने विकास के पहले चरण के लिए एक परमाणु अवधारणा का चयन किया है। बाइमोडल परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का यह नया वर्ग "रोटर एक्सेलेरेशन वेव साइकिल" का उपयोग करता है और मंगल पर उड़ान के समय को 45 दिनों तक कम कर सकता है।
वेव रोटर एक्सेलेरेशन साइकिल के साथ बिमोडल एनटीपी/एनईपी नामक प्रस्ताव, फ्लोरिडा विश्वविद्यालय में हाइपरसोनिक्स कार्यक्रम के निदेशक प्रोफेसर रयान गोसे और एप्लाइड रिसर्च इन इंजीनियरिंग (फ्लेयर) टीम के फ्लोरिडा कार्यक्रम के सदस्य द्वारा आगे रखा गया था। गोसे का प्रस्ताव इस वर्ष NAIC द्वारा विकास के पहले चरण के लिए चुने गए 14 में से एक है, जिसमें परियोजना से जुड़ी तकनीकों और विधियों को विकसित करने में मदद के लिए $12 का अनुदान शामिल है। अन्य पेशकशों में अभिनव सेंसर, उपकरण, निर्माण प्रौद्योगिकियां, बिजली प्रणालियां, और बहुत कुछ शामिल हैं।
परमाणु ऊर्जा अनिवार्य रूप से दो अवधारणाओं के लिए उबलती है, दोनों उन तकनीकों पर निर्भर करती हैं जिनका पूरी तरह से परीक्षण और सत्यापन किया गया है। न्यूक्लियर थर्मल प्रोपल्शन (NTP) के लिए, चक्र में एक परमाणु रिएक्टर होता है जो तरल हाइड्रोजन (LH2) को गर्म करता है, इसे आयनित हाइड्रोजन गैस (प्लाज्मा) में बदल देता है, जिसे फिर थ्रस्ट बनाने के लिए नोजल के माध्यम से निर्देशित किया जाता है। इस प्रणोदन प्रणाली का एक परीक्षण संस्करण बनाने के लिए कई प्रयास किए गए हैं, जिसमें परियोजना भी शामिल है घुमंतू, अमेरिकी वायु सेना और परमाणु ऊर्जा आयोग की एक संयुक्त परियोजना जो 1955 में शुरू की गई थी।
1959 में, नासा ने अमेरिकी वायु सेना से कार्यभार संभाला और कार्यक्रम ने अंतरिक्ष उड़ान अनुप्रयोगों के लिए समर्पित एक नए चरण में प्रवेश किया। इसने अंततः रॉकेट वाहनों के लिए परमाणु प्रणोदन (एनईआरवीए) का नेतृत्व किया, जो एक ठोस-कोर परमाणु रिएक्टर था जिसका सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया था। 1973 में अपोलो युग की समाप्ति के साथ, कार्यक्रम के लिए वित्त पोषण में भारी कटौती की गई, जिससे किसी भी उड़ान परीक्षण आयोजित होने से पहले इसे रद्द कर दिया गया।
दूसरी ओर, परमाणु विद्युत प्रणोदन (एनईपी), एक हॉल प्रभाव थ्रस्टर (आयन थ्रस्टर) को शक्ति देने के लिए एक परमाणु रिएक्टर पर निर्भर करता है जो एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है जो थ्रस्ट बनाने के लिए एक अक्रिय गैस (जैसे क्सीनन) को आयनित और तेज करता है। इस तकनीक को विकसित करने के प्रयासों में न्यूक्लियर सिस्टम्स इनिशिएटिव (NSI) के तहत NASA का प्रोमेथियस प्रोजेक्ट शामिल है।
उच्च विशिष्ट आवेग (Isp), ईंधन दक्षता और वस्तुतः असीमित ऊर्जा घनत्व सहित पारंपरिक रासायनिक इंजनों पर दोनों प्रणालियों के महत्वपूर्ण लाभ हैं। हालाँकि अवधारणाएँ इस मायने में भिन्न हैं कि वे 10 हज़ार सेकंड से अधिक का एक विशिष्ट आवेग प्रदान करते हैं, अर्थात, वे लगभग तीन घंटे तक थ्रस्ट बनाए रख सकते हैं, पारंपरिक रॉकेट और NTP की तुलना में थ्रस्ट का स्तर काफी कम है।
एक विद्युत शक्ति स्रोत की आवश्यकता, गोसे ने कहा, अंतरिक्ष में गर्मी अपव्यय का मुद्दा भी उठाता है, जहां आदर्श परिस्थितियों में तापीय ऊर्जा रूपांतरण 30-40% है। और जबकि एनईआरवीए के एनटीपी डिजाइन मंगल और उससे आगे मानव मिशन के लिए सबसे अच्छी विधि हैं, इस पद्धति में उच्च-डेल्टा-वृद्धि मिशनों के लिए पर्याप्त प्रारंभिक और अंतिम द्रव्यमान अंश प्रदान करने के मुद्दे भी हैं।
यही कारण है कि प्रस्ताव जिसमें आंदोलन के दोनों तरीकों (बिमोडल) शामिल हैं, को प्राथमिकता दी जाती है, क्योंकि वे दोनों के लाभों को जोड़ते हैं। गोसे के प्रस्ताव में एनईआरवीए ठोस ईंधन रिएक्टर पर आधारित एक बिमॉडल डिजाइन शामिल है, जो रासायनिक रॉकेट के वर्तमान प्रदर्शन से दोगुना 900 सेकंड का एक विशिष्ट आवेग (आईएसपी) प्रदान करेगा।
गोसे के प्रस्तावित चक्र में वेव प्रेशर बूस्टर या वेव रोटर (डब्ल्यूआर) भी शामिल है, जो आंतरिक दहन इंजनों में उपयोग की जाने वाली तकनीक है जो अंतर्ग्रहण हवा की संपीड़न प्रतिक्रिया द्वारा बनाई गई दबाव तरंगों का उपयोग करती है।
NTP इंजन के साथ जोड़ा गया, WR प्रतिक्रिया द्रव्यमान को और कम करने के लिए रिएक्टर में LH2 ईंधन को गर्म करके बनाए गए दबाव का उपयोग करेगा। जैसा कि गोसे ने वादा किया है, यह NERVA- वर्ग NTP अवधारणा की तुलना में थ्रस्ट स्तर प्रदान करेगा, लेकिन 1400-2000 सेकंड के लॉन्च समय के साथ। एनईपी चक्र के साथ संयुक्त होने पर, गोसे कहते हैं, लालसा का स्तर और भी बढ़ जाता है।
यदि पारंपरिक इंजनों का उपयोग किया जाता है, तो मंगल ग्रह पर मानवयुक्त मिशन तीन साल तक चल सकता है। ये मिशन हर 26 महीने में लॉन्च होंगे जब पृथ्वी और मंगल अपनी निकटतम दूरी (तथाकथित मार्टियन विरोध) पर होंगे, और कम से कम छह से नौ महीने पारगमन में बिताएंगे।
एक 45-दिन (साढ़े छह सप्ताह) पारगमन कुल मिशन समय को वर्षों के बजाय महीनों में घटा देगा। यह मंगल मिशन से जुड़े मुख्य जोखिमों को बहुत कम कर देगा, जिसमें विकिरण जोखिम, माइक्रोग्रैविटी में बिताया गया समय और संबंधित स्वास्थ्य समस्याएं शामिल हैं।
बिजली संयंत्रों के अलावा, नए रिएक्टर डिजाइन के प्रस्ताव हैं जो लंबी अवधि के जमीनी मिशनों के लिए एक स्थिर बिजली आपूर्ति प्रदान करेंगे जहां सौर और पवन ऊर्जा हमेशा उपलब्ध नहीं होती है।
उदाहरणों में स्टर्लिंग टेक्नोलॉजी (KRUSTY) का उपयोग करके नासा का किलोवाट रिएक्टर और NAIC 2023 कार्यक्रम के तहत नासा के विकास के पहले चरण के लिए चयनित विखंडन/फ्यूजन हाइब्रिड रिएक्टर शामिल हैं। ये और अन्य परमाणु प्रौद्योगिकियां एक दिन मंगल ग्रह और गहरे अंतरिक्ष में अन्य स्थानों पर मानव मिशन को सक्षम कर सकती हैं। , शायद जितनी जल्दी हम सोचते हैं!
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