Bagaimana mesin roket nuklir NASA dapat melepaskan tata surya

NASA dan rencana militer AS untuk menguji mesin roket bertenaga nuklir di ruang angkasa pada awal 2027, berpotensi merevolusi cara orang melakukan perjalanan kosmos dalam beberapa dekade mendatang.

Kedua lembaga akan bekerja pada propulsi termal nuklir(Terbuka di jendela baru) sistem, teknologi yang ingin digunakan NASA untuk mengirim manusia ke Mars pada akhir tahun 2030-an. Tetapi misi uji — dikenal sebagai Demonstrasi Roket untuk Operasi Cislunar Agile, atau program DRACO(Terbuka di jendela baru) – tidak akan melibatkan astronot.

Pendukung roket bertenaga nuklir telah lama menekankan keuntungannya: memungkinkan pesawat ruang angkasa melakukan perjalanan lebih cepat, membawa muatan orang dan kargo yang lebih berat, dan menggunakan bahan bakar lebih efisien daripada roket berbasis kimia saat ini. Akhir-akhir ini, ide tersebut digembleng, dengan $110 juta dianggarkan untuk proyek tersebut tahun ini.

Tidak jelas seberapa banyak orang tahu tentang teknologi dan apakah proyek tersebut akan memperbaharui kekhawatiran tentang bencana nuklir. NASA dan para pemimpin pertahanan mengatakan roket itu akan aman bagi orang-orang di darat, serta pada akhirnya membuat perjalanan luar angkasa lebih aman bagi para astronot: Perjalanan yang lebih cepat berarti mereka akan memiliki lebih sedikit paparan sinar kosmik yang berbahaya.

Tetapi pada konferensi American Institute of Aeronautics and Astronautics, di mana kolaborasi baru diumumkan di Washington, DC pada hari Selasa, moderator mungkin berbicara untuk hati nurani kolektif ketika dia berkata, “Jelas, publik akan berkata, ‘Kamu’ apakah Anda akan memasang reaktor di atas kepala saya?'”

“Kami menempatkan bahan radioaktif ke luar angkasa, tetapi kami telah merancang seluruh proses agar aman,” kata Stefanie Tompkins, direktur Defense Advanced Research Projects Agency, badan penelitian dan pengembangan militer, yang memimpin keseluruhan program. “Salah satu alasan melakukannya di luar angkasa dalam banyak hal adalah lebih aman daripada harus melakukannya di Bumi.”

Tweet mungkin telah dihapus
(terbuka di tab baru)
(Terbuka di jendela baru)

Bagaimana roket nuklir mengubah perjalanan ruang angkasa?

Para ahli menggambarkan roket bertenaga nuklir untuk Mashable sebagai teknologi lompatan ke depan, pada tingkat pelatih panggung kuda-dan-kereta untuk lokomotif uap atau telepon darat ke smartphone. Saat ini, para insinyur mengandalkan ayunan di sekitar planet untuk mendapatkan dorongan gravitasi(Terbuka di jendela baru), semangat ekstra yang diperlukan untuk mengirim wahana antariksa jauh ke dalam tata surya. Tetapi tenaga nuklir akan membebaskan misi dari keharusan menunggu bertahun-tahun untuk waktu orbit yang tepat.

“Anda membuka tata surya luar untuk eksplorasi ilmiah. Anda tidak perlu menunggu planet-planet sejajar. Anda akan memiliki peluang peluncuran setiap tahun,” kata Dale Thomas, wakil direktur University of Alabama di Huntsville’s. Pusat Penelitian Propulsi. “Dan, omong-omong, karena kita berbicara tentang lintasan langsung, Anda sampai di sana dalam waktu setengahnya.”

Dengan propulsi nuklir-termal, mencapai Mars bisa memakan waktu hanya dua bulan, bukan sembilan, tergantung pada jalur yang diambil, kata para insinyur. Dan mengurangi waktu perjalanan akan memiliki keuntungan dengan membatasi perbekalan yang dibutuhkan untuk perjalanan semacam itu.

Mengapa AS berhenti menguji roket nuklir?

Tes mesin roket termal nuklir terakhir Amerika Serikat terjadi lebih dari 50 tahun yang lalu. Selama waktu itu, Laboratorium Nasional Los Alamos di New Mexico membantu membangun roket nuklir untuk program Project Rover NASA. Program tersebut berakhir pada tahun 1972(Terbuka di jendela baru) ketika Presiden Richard Nixon membuat keputusan politik untuk memotong dana untuk misi manusia ke Mars dan malah memfokuskan pengeluaran pada Space Shuttle dan penelitian di orbit rendah Bumi.

Sistem propulsi termal nuklir akan memompa hidrogen cair melalui reaktor, di mana atom uranium akan terbelah dan melepaskan panas. Proses ini, dikenal sebagai fisi(Terbuka di jendela baru)akan mengubah hidrogen menjadi gas dan mengeluarkannya melalui nosel, menciptakan daya dorong untuk mendorong pesawat ruang angkasa.

“Anda membuka tata surya luar untuk eksplorasi ilmiah. Anda tidak perlu menunggu planet-planet sejajar. Anda akan memiliki peluang peluncuran setiap tahun.”

“Game-changer” dalam mengembangkan teknologi saat ini adalah bentuk baru uranium, yang tidak dianggap sebagai bahan senjata. Itu membuka pintu bagi perusahaan ruang angkasa komersial untuk mengerjakan spin-off setelah misi uji coba, kata Pam Melroy, wakil administrator NASA.

Tapi uranium yang diperkaya rendah ini(Terbuka di jendela baru) merupakan salah satu tantangan terbesar bagi NASA. Bahan yang bersentuhan langsung dengan bahan bakar reaktor harus bertahan lebih dari 4.600 derajat Fahrenheit, sekitar setengah suhu permukaan matahari.

Apakah roket bertenaga nuklir aman?

Dalam hal keselamatan, para insinyur mengatakan sistem nuklir sama sekali tidak akan digunakan di landasan peluncuran. Faktanya, itulah salah satu kesalahpahaman paling umum tentang teknologi. Dalam semacam pendekatan hibrida, roket kimia akan membuat pesawat ruang angkasa lepas landas. Kemudian, setelah kapal itu naik ke ketinggian di angkasa antara 400 hingga 1.300 mil — jauh di atas Stasiun Luar Angkasa Internasional(Terbuka di jendela baru) — mesin bertenaga nuklir akan mengambil alih. Itu penting untuk memastikan materi tersebut tidak lagi radioaktif pada saat memasuki kembali atmosfer bumi, kata Melroy.

Jika karena alasan tertentu roket kimia meledak dan mesin bertenaga nuklir berakhir di lautan, perangkat keras nuklir masih belum bisa “menjadi kritis”, kata Thomas. Sistem roket dalam ruang tidak bekerja sampai mencapai orbit.

Mungkin risiko keselamatan terbesar terjadi selama pengujian di darat, langkah penting sebelum peluncuran. Insinyur akan membutuhkan fasilitas besar yang belum ada untuk menangkap knalpot, sebuah rekomendasi yang keluar dalam laporan independen tahun 2021.(Terbuka di jendela baru) NASA telah meminta dari Akademi Nasional untuk mempelajari propulsi nuklir. Konstruksi baru atau modifikasi fasilitas yang ada dapat menelan biaya miliaran dolar.

Sebuah simulator di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, menguji prototipe bahan bakar roket nuklir.
Kredit: NASA / Mick Speer

Fasilitas pengujian yang aman adalah pertimbangan yang tidak terjadi beberapa dekade yang lalu ketika para insinyur bekerja pada versi sebelumnya dari sistem ini, kata Roger Myers, seorang konsultan kedirgantaraan yang ikut memimpin studi Akademi Nasional.

“Pemerintah AS menembakkan mesin roket nuklir di padang pasir di Nevada pada malam hari, pada akhir 1960-an dan awal 70-an, dan mereka menembakkannya di udara terbuka,” kata Myers. “Kami jauh lebih berhati-hati hari ini.”

Ingin lebih banyak ilmu dan berita teknologi dikirim langsung ke kotak masuk Anda? Mendaftar untuk buletin Cerita Teratas Mashable hari ini.

Tweet mungkin telah dihapus
(terbuka di tab baru)
(Terbuka di jendela baru)

Risiko paparan radiasi bagi astronot

Mungkin mengejutkan, para ahli mengatakan astronot di masa depan tidak akan menghadapi risiko paparan radiasi yang lebih besar karena mesin – kekhawatiran mereka yang lebih besar masih ada pada radiasi luar angkasa.(Terbuka di jendela baru) dari matahari. Itu berasal dari desain kapal, kata Thomas. NASA memiliki hibah penelitian untuk memodelkan bagaimana sebuah pesawat ruang angkasa dapat direkayasa untuk bekerja dengan mesin roket bertenaga nuklir.

Awak akan berada di depan dan mesin di belakang, dengan tangki hidrogen besar di antara mereka. Hidrogen merupakan penyerap neutron yang luar biasa. Terjemahan: “Ini seperti bahan bakar Anda adalah perisai Anda,” kata Thomas. “Saya akan mengatakan Anda sebenarnya dalam kondisi yang lebih baik dengan roket nuklir-termal” daripada sistem kimia lama.

“Ini seperti bahan bakarmu adalah perisaimu.”

Bonus lain untuk astronot adalah bahwa roket bertenaga nuklir memungkinkan awak kapal untuk membatalkan misi luar angkasa yang dalam. Pada mesin kimia, begitu sebuah pesawat ruang angkasa menuju ke Mars, tidak akan ada jalan kembali sampai planet-planet berbaris lagi.

Pesawat ruang angkasa DRACO akan menguji mesin roket termal nuklir.
Kredit: ilustrasi DARPA

Termal nuklir vs. Roket listrik nuklir

Jenis propulsi nuklir lainnya(Terbuka di jendela baru) tidak sedang dikembangkan dalam program kolaboratif DRACO, seperti tenaga nuklir-listrik. Roket nuklir-listrik akan menggunakan reaktor untuk menghasilkan listrik seperti pembangkit listrik kecil. Myers percaya NASA harus berinvestasi pada semuanya karena mereka memiliki keuntungan berbeda untuk perjalanan luar angkasa. Tetapi bergabung dengan Departemen Pertahanan dalam proyek uji coba nuklir-termal adalah bijaksana untuk menggabungkan sumber daya, katanya.

Ada juga sesuatu dalam semua ini untuk orang-orang yang kakinya ditanam di Bumi. Jika para ilmuwan dan insinyur dapat mengembangkan bahan bakar dan reaktor yang dapat menahan suhu yang sangat tinggi, hal itu dapat menghasilkan pembangkit listrik tenaga nuklir yang lebih aman di darat.

“Bahan bakar reaktor yang akan bekerja di sana, jika Anda memasukkannya ke dalam reaktor terestrial, mereka akan membuat reaktor itu antipeluru,” katanya.