Călătoriile spațiale către Marte cu tehnologia actuală, bazată pe rachete cu propulsie chimică, implică durate de tranzit de șase până la nouă luni. Aceste perioade îndelungate expun astronauții la riscuri semnificative, cum ar fi radiația cosmică și efectele microgravitației.
Reducerea timpului de călătorie este considerată esențială pentru viitoarele misiuni umane pe planeta roșie și pentru explorarea spațiului îndepărtat. O soluție potențială este utilizarea sistemelor de propulsie nucleară. Există două concepte principale de propulsie nucleară.
Primul este propulsia nucleară termică (NTP). Aceasta folosește un reactor nuclear pentru a încălzi un propulsor lichid, de obicei hidrogen, transformându-l într-un gaz extrem de fierbinte (plasmă). Acest gaz este apoi evacuat printr-o duză pentru a genera forță de propulsie.
Sistemele NTP pot oferi un impuls specific, o măsură a eficienței motorului, aproximativ dublu față de rachetele chimice actuale, atingând valori estimate la 900 de secunde.
Atât NASA, prin programul NERVA încheiat în 1973, cât și programul spațial sovietic, cu conceptul RD-0410 dezvoltat între 1965 și anii 1980, au cercetat această tehnologie în trecut, însă proiectele au fost anulate înainte de a ajunge la teste de zbor.
Al doilea concept este propulsia nucleară electrică (NEP). În acest sistem, un reactor nuclear generează energie electrică, care alimentează un motor cu propulsie electrică, cum ar fi un propulsor cu efect Hall sau un motor ionic.
Acesta ionizează un gaz inert (precum xenonul) și îl accelerează folosind câmpuri electromagnetice pentru a produce forță de propulsie.
Sistemele NEP sunt caracterizate de un impuls specific extrem de ridicat, depășind 10.000 de secunde, ceea ce indică o eficiență foarte mare în utilizarea propulsorului. Totuși, forța de propulsie generată este relativ scăzută comparativ cu alte metode.
Având în vedere avantajele și dezavantajele fiecărui tip, cercetătorii explorează soluții bimodale, care integrează ambele moduri de propulsie, NTP și NEP, într-un singur sistem.
NASA a reluat recent cercetările în domeniul propulsiei nucleare, concentrându-se pe dezvoltarea unor sisteme bimodale care ar putea reduce durata unei călătorii spre Marte la aproximativ 100 de zile.
În cadrul programului NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) pentru anul 2023, a fost selectat pentru finanțare în Faza I un concept nou de propulsie nucleară bimodală.
Propus de profesorul Ryan Gosse de la Universitatea din Florida, acest sistem își propune să reducă timpul de tranzit către Marte la doar 45 de zile.
Conceptul se bazează pe un reactor nuclear termic cu nucleu solid, similar cu cel din sistemele NTP, dar include o componentă suplimentară numită rotor de undă.
Tehnologia rotorului de undă, utilizată anterior în motoarele cu ardere internă, folosește undele de presiune generate în timpul funcționării pentru a comprima suplimentar masa de reacție (propulsorul).
Conform propunerii, integrarea unui rotor de undă într-un sistem NTP ar putea permite atingerea unor niveluri de forță de propulsie comparabile cu cele ale conceptului NERVA, dar cu un impuls specific semnificativ mai mare, estimat între 1400 și 2000 de secunde.
Atunci când este combinat cu un ciclu NEP, se anticipează o îmbunătățire suplimentară a performanței generale.
Reducerea timpului de călătorie la 45 de zile ar diminua considerabil expunerea astronauților la riscurile asociate misiunilor de lungă durată către Marte, contribuind la siguranța și fezabilitatea explorării umane a spațiului îndepărtat.
Acest concept se află însă într-un stadiu incipient de dezvoltare, beneficiind de o finanțare inițială pentru maturizarea tehnologiei și metodelor implicate.
