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NASA和DARPA保证其核火箭发动机故障概率小 符合现有规定

发布日期:2023-07-27 17:10:26 来源:cnBeta 分享

在今年早些时候与美国国防部高级研究计划局(DARPA)合作开发核火箭发动机之后,这两个机构的官员、主要承包商洛克希德-马丁公司(Lockheed Martin)和BWXT技术公司(BWXT Technologies)分享了有关核反应堆的重要细节。该反应堆是两个机构的 DRACO 计划的一部分,该计划将在太空中测试基于核反应堆的火箭。根据 DRACO 计划,NASA 负责开发核发动机,而 DARPA 将负责任务的其他方面。

美国国家航空航天局(NASA)和 DARPA 于今年 1 月联合宣布,计划在 2027 年进行核火箭试飞。该火箭将使用一个小型反应堆和氢气来加热后者并产生推力。该协议被称为"敏捷星月运行示范火箭"(DRACO),NASA将负责发动机和火箭的研发,而DARPA将负责核热火箭实验飞行器(X-NTRV)的研发。

他们选择洛克希德-马丁公司作为该火箭及其发动机的主要承包商,该发动机将使用铀来展示推进力。美国国家航空航天局核技术组合经理史蒂夫-卡洛米诺博士解释说,DRACO任务的主要方面是测试发动机上复杂的涡轮机械设备,了解反应堆的性能,操纵发动机的性能,使其启动、重启和实现节流。测试的目的是收集数据,以验证美国宇航局的地面模型。这些模型将为航天局提供"工程学基础",以了解核推进和火箭在火星旅行中能发挥什么作用。


(资料图片仅供参考)

DRACO 试验的一个关键限制是选择氢作为燃料。传统火箭发动机使用液氧作为氧化剂来燃烧煤油等燃料,而核动力发动机将利用反应堆的热量把低温氢加热到高温。因此,氢气是试验的限制因素,因为 DRACO 火箭的性能将受到 DARPA 和 NASA 在轨道上保持氢气冷却时间的限制。不过,氢气的质量也有很大优势,因为它的密度比传统火箭燃料小。DARPA 火箭的试验将包括两千公斤氢和一百公斤铀。

美国国家航空航天局的火星运输栖息地(MTH)效果图。MTH 是一个独立的项目,与 DRACO 发动机无关。图片 美国国家航空航天局

数据对 NASA 来说是一项重要的资源,因为它能让 NASA 和国防部证明投资的合理性,使反应堆的温度足以收集可靠的数据。DARPA 的 DRACO 项目经理 Tabitha Dodson 博士介绍说,NASA 在 20 世纪末的 NERVA 核动力火箭项目相当先进,在地面测试了发动机之后,每年都要制造三个反应堆。

DARPA 对核动力发动机在发射前在地面保持安全的能力非常有信心。美国国家航空航天局(NASA)也有同感,卡洛米诺博士详细解释了飞行和燃料选择所涉及的风险:

我们提到过放射性同位素系统。我想说明的是,裂变系统不是放射性同位素系统。它们有非常非常大的不同。放射性同位素系统从准备装入发电机到装入有效载荷,再到放在发射台上,都具有放射性。钚基本上就是一种放射性物质。铀 235 在没有经过裂变和被放射性产品包围的情况下,基本上是一种金属。如果在发射过程中或发射台上发生事故,可能产生的碎片并不比涡轮机械产生的碎片更糟糕,涡轮机械也可能在这种事故中或其他地方散落。只是,在那个时间点上,它并不是放射性物质。

多德森博士谈到了这种事件发生的概率,并发表了评论:

我想在这里再补充一点。安东尼提到了一种我们认为几乎不可能发生的事故情况。这种可能性微乎其微。我们必须考虑事故发生的各种可能性。因此,在很多情况下,反应堆可能会自动开启,例如,如果它掉进水里,这种想法是臆想出来的。因为这种可能性非常低,即使发生了事故,向公众释放的放射性物质也是微乎其微的。这也符合NSPM-20的要求,在电话会议中已经提到过。因此,有数据表显示,只要你几乎不可能发生事故或向公众释放极微量的辐射,因此基本上处于本底辐射水平就可以进行发射。因此,DRACO 已经对所有可能发生的事故进行了初步分析,发现我们的事故概率很低,释放量也很小。

罗尔斯-罗伊斯公司打算在月球上使用的核反应堆的设计概念。

至于发动机本身,它使用的是标准膨胀机循环,这使得氢气很可能首先被加热,然后用来为涡轮机械提供动力。卡洛米诺博士解释说,产生推力需要在一秒钟内将开尔文20度的氢气加热到2700度,然后将加热后的氢气从发动机喷嘴中喷出。美国国家航空航天局研究了地面测试的成本,这些成本高于在太空中进行测试的成本。主要的成本驱动因素是捕获发动机的流出物,以及需要确保裂变产物不会释放到大气中。

虽然有可能在地面上实现这一目标,但这需要花费太多的金钱和时间;然而,据美国宇航局的投资组合经理称,如果该机构希望用核动力发动机将货物和人类运往火星,地面测试将是必要的。

试验的轨道范围在 700 公里到 2000 公里之间,反应堆的制造商 BWXT 解释说,该公司已经证明有能力制造反应堆的材料和部件。

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