Silniki jądrowe – projekty Rover i NERVA (cz. II)

Zapraszamy do drugiej części przeglądu technologii silników jądrowych. Ta część opisuje projekt Rover oraz silnik NERVA.

Pierwsza część – ogólny przegląd technologii – jest dostępna pod tym linkiem.

Autorem artykułu jest Wojciech Kasprzak – serdecznie dziękujemy za przesłanie!

Jeszcze w trakcie trwania II Wojny Światowej wśród pracowników Projektu Manhattan były prowadzone rozmowy na temat wykorzystania energii jądrowej jako źródła napędu dla samolotów i statków kosmicznych. Po zakończeniu wojny szereg publikacji podejmował tematy takie jak materiał pędny (konsekwentnie wskazywano na wodór) i wymagania materiałowe dla reaktorów operujących w odpowiednio wysokich temperaturach. Wśród publikujących były takie osobistości jak Stanisław Ulam (twórca Projektu Orion), Frederic de Hoffman (przyszły prezydent General Atomics) i Robert Bussard (znany między innymi z koncepcji międzygwiezdnego napędu strumieniowego nazwanego jego imieniem).

Project Rover

W roku 1955 rozpoczęła się realizacja działań w ramach Project Rover, w formie współpracy NASA i Komisji Energii Atomowej. Celem tego projektu było opracowanie napędu jądrowego na potrzeby NASA. Projekt miał siedzibę w Los Alamos Scientific Laboratory, testy eksperymentalnych silników przeprowadzano w Strefie 25 Poligonu Nevada (tzw. “Jackass Flats”). Wśród członków zespołu znalazł się wspomniany powyżej Robert Bussard.

Do roku 1972 przeprowadzono testy 20 różnych silników jądrowych. Pierwszą generacją były konstrukcje Kiwi, pomyślane jako kolejne ulepszenia konstrukcji samego reaktora i układów chłodzenia. Następną fazą była rodzina Phoebus, służąca do eksperymentów z rdzeniami o coraz większej mocy, działającymi przez dłuższe okresy. Ostatnią rodziną konstrukcji były napędy Pewee, znacznie bliższe zaawansowaniem do prawdziwych napędów mogących być użytych w statkach kosmicznych. Dodatkowo powstał jeszcze reaktor testowy Nuclear Furnace służący badaniom materiałowym.

Projekt NERVA

Równolegle do tych prac w ramach oddzielnego projektu o nazwie Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application (NERVA) trwały prace nad napędem jądrowym mającym być wykorzystanym do rzeczywistych lotów. Był on oparty na bazie rodziny Phoebus. Sporządzono dwa prototypy i po pomyślnych testach naziemnych rozważano testy w locie.

Rozwijane technologie były brane poważnie pod uwagę przez planistów NASA. Górne człony o napędzie jądrowym były planowane jako zastępstwo dla II i III członu rakiet Saturn V. Jednym z zastosowań miały być podróże na Marsa.

Znakomita większość prowadzonych przez obydwa programy testów była pomyślna i niekiedy przechodziła oczekiwania jeśli chodziło o osiągi. Jeden z przeprowadzonych testów zasługuje na szczególną uwagę. W roku 1965 reaktor Kiwi, z oznaczeniem Kiwi-TNT, został celowo wprowadzony w stan nadkrytyczny. Miało to symulować najgorszy możliwy scenariusz: upadek z orbity aktywnego reaktora. Rezultaty testu sugerowały śmierć w wyniku napromieniowania w promieniu około 200m i różne stopnie choroby popromiennej do odległości trzykrotnie większej. Badanie obejmowało także rozprzestrzenianie się radioaktywnej chmury i długotrwałe skażenie w okolicy upadku. Test zamknęły procedury usuwania zanieczyszczeń radioaktywnych przeprowadzone przez armię USA.

Po zakończeniu Apollo i “Project Timberwind”

Zarówno NERVA jak i Rover nie przetrwały końca programu księżycowego Apollo. Napędy jądrowe tego typu były rozważane dla następnej fazy programu eksploracji opartej na drugiej generacji statków Apollo, koncentrującej się na Marsie. “Project Rover” zakończył działalność w 1972 roku, tuż po zakończeniu działań programu NERVA. Brak zapotrzebowania na napędy pozwalające wyjść poza studnię grawitacyjną Ziemi w erze wahadłowców połączony z utratą poparcia kluczowych polityków przerwał prace jeszcze przed wydaniem owoców w postaci decyzji budowy napędu jądrowego przetestowanego w locie.

Temat został podjęty w latach 1987-1994 w ramach “Project Timberwind”. Inicjatywa ta była początkowo finansowana przez Inicjatywę Obrony Strategicznej (tak zwane “Gwiezdne Wojny” prezydenta Reagana). Informacje na temat osiągnięć projektu są dość skąpe, nie doszło również do żadnych znaczących testów sprzętu.

Specyfikacje napędów Timberwind były na papierze bardzo optymistyczne. Oferowały one impuls właściwy rzędu 1000s i reaktory ponad dziesięć razy lżejsze niż sprawdzone eksperymentalnie napędy NERVA i Pewee. Niestety zamknięcie programu w 1994 roku w atmosferze skandalu szpiegowskiego uniemożliwiło zweryfikowanie tych specyfikacji.

CDN.