Scritto: Venerdì, 16 Aprile 2021 00:46 Ultima modifica: Venerdì, 16 Aprile 2021 04:46

Progetto DRACO, la propulsione nucleare nello spazio


L'Agenzia USA che si occupa dei progetti avanzati per la Difesa ha selezionato la General Atomic, la Blue Origin e la Lockheed Martin per lo sviluppo di un propulsore nucleare da testare in orbita nel 2025.

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Nella illustrazione artistica un veicolo spaziale mosso da un motore termico nucleare. Nella illustrazione artistica un veicolo spaziale mosso da un motore termico nucleare. Credit: DARPA.

La DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) ha aggiudicato i contratti per la prima fase del programma Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO). L'obiettivo del programma DRACO è dimostrare un sistema di propulsione termica nucleare (NTP) in orbita bassa terrestre nel 2025. I motori di propulsione termica nucleare utilizzano la fissione nucleare per riscaldare l'idrogeno liquido, espellendolo dalla parte posteriore del razzo per creare spinta. I tre appaltatori principali sono General Atomics (valore del contratto 22 milioni di dollari), la Blue Origin (2,5 milioni) e Lockheed Martin (2,9 milioni). La General Atomics, fondata nel 1955, è un appaltatore della difesa americano con sede a San Diego, in California, e specializzato principalmente nei settori dell'energia nucleare e militare. Poter manovrare rapidamente è un principio fondamentale delle moderne operazioni del Dipartimento della Difesa (DoD) su terra, mare e aria. Tuttavia, poterlo fare nel dominio spaziale è stato tradizionalmente impegnativo perché gli attuali sistemi di propulsione spaziale elettrica e chimica hanno svantaggi rispettivamente in termini di spinta-peso ed efficienza del propellente. Il sistema NTP di DRACO ha il potenziale per raggiungere elevati rapporti spinta-peso simili alla propulsione chimica, nello spazio, e di avvicinarsi all'elevata efficienza propellente dei sistemi elettrici. Questa combinazione darebbe, a un veicolo spaziale DRACO, una maggiore versatilità per implementare il principio fondamentale del DoD di manovra rapida nello spazio cislunare (tra la Terra e la Luna). "Le aziende hanno dimostrato capacità di sviluppare e distribuire sistemi avanzati di reattori, propulsione e veicoli spaziali," ha affermato Maj Nathan Greiner, USAF, program manager per DRACO. "La tecnologia NTP che cerchiamo di sviluppare, e dimostrare, nell'ambito del programma DRACO mira a essere fondamentale per le operazioni future nello spazio". La prima fase del programma durerà 18 mesi e si concentrerà sui concetti del reattore e dei suoi sottosistemi di propulsione da parte di General Atomics. Nella seconda fase, Blue Origin e Lockheed Martin svilupperanno in modo indipendente progetti di veicoli spaziali basati su questo propulsore. "Questa prima fase del programma DRACO è uno sforzo di riduzione del rischio che ci consentirà di accelerare verso una dimostrazione in orbita nelle fasi successive," ha aggiunto Greiner. Si prevede infatti che la Fase 1 di DRACO porterà alle fasi successive per la progettazione dettagliata, la fabbricazione e la dimostrazione in orbita. Eventuali fasi successive saranno sollecitate dalla DARPA in un futuro annuncio. L'obiettivo del programma è lanciare un veicolo spaziale guidato dalla propulsione termica nucleare sopra l'orbita terrestre bassa entro il 2025.

usnctech nuclear rocket engine

Nella illustrazione un motore termico nucleare ideato per la NASA dalla Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech). Credit: USNC Tech.

La DARPA ritiene che questa tecnologia consentirà ai veicoli spaziali di percorrere rapidamente enormi distanze. Brent Sherwood, vicepresidente senior dei programmi di sviluppo avanzato presso Blue Origin, ha dichiarato a SpaceNews che Blue Origin è "entusiasta di supportare DARPA nella maturazione dei concetti di veicoli spaziali per questa importante area tecnologica". Bill Pratt, manager dei programmi avanzati di esplorazione umana presso Lockheed Martin Space, ha affermato che la propulsione termica nucleare è una "tecnologia trasformativa che cambierà drasticamente il modo in cui opererà il veicolo spaziale, aumentando l'agilità e consentendo viaggi più efficienti su Marte e oltre in molto meno tempo dei convenzionali sistemi di propulsione." Pratt ha affermato, in una dichiarazione, che la società farà leva sul lavoro svolto sulla propulsione nucleare nei decenni precedenti "poiché lo combineremo con l'ingegneria digitale, il design moderno di veicoli spaziali e la creatività per far avanzare questa nuova capacità".

Nell'ottobre del 2020 la Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) ha consegnato un concetto di design alla NASA come parte di uno studio sulla dimostrazione di volo a propulsione termica nucleare (NTP). Lo studio sponsorizzato dalla NASA, gestito da Analytical Mechanics Associates (AMA), ha esplorato concetti e progetti NTP che consentono viaggi nello spazio profondo grazie ad innovativi e avanzati sistemi per il propellente nucleare.

Il problema è produrre un reattore nucleare che sia abbastanza leggero e abbastanza sicuro da poter essere utilizzato al di fuori dell'atmosfera terrestre, specialmente se il veicolo spaziale trasporta un equipaggio. Il nucleare termico per la propulsione è un'idea vecchia. Sebbene le armi siano termiche, altre applicazioni sono rimaste nella fase sperimentale e poi sono state scartate, ma sono state ancora studiate di tanto in tanto per decenni. Questi progetti utilizzano il sorprendente calore generato da una reazione nucleare per spingere un razzo a velocità che si avvicinano al regno di Star Trek, rispetto a quello che usiamo oggi. E contrastano con i tradizionali razzi chimici, in cui propellenti chimici come l'ossigeno liquido vengono utilizzati per creare qualcosa di più simile a un motore a combustione fossile sovradimensionato.

nasa ntp spaceship

Nella illustrazione una possibile nave spaziale per il viaggio verso Marte con equipaggio. Credit: NASA.

Anche la NASA dovrà perseguire lo sviluppo "aggressivo" delle tecnologie di propulsione nucleare spaziale se l'Agenzia vuole usarle per missioni umane su Marte entro i prossimi due decenni. A queste conclusioni è arrivato uno studio, del 12 febbraio 2021 da parte delle National Academies, sponsorizzato dalla NASA, che ha affermato che, sia l'approccio di propulsione termica nucleare (NTP) che quello di propulsione elettrica nucleare (NEP), devono superare ostacoli significativi per il loro utilizzo in una missione umana del 2039 su Marte. Tali sistemi sarebbero decisivi per ridurre il tempo di viaggio delle spedizioni su Marte. Dagli anni '50 e fino al 1972, vennero progettati e testati negli Stati Uniti vari prototipi funzionanti (NERVA, KIWI, Phoebus e Pewee) ma, nessuno, venne mai provato nello spazio. NERVA NRX (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications – Nuclear Rocket Experimental) iniziò la fase di test nel settembre 1964 e nel marzo 1968 venne acceso 28 volte con successo. Il motore era in grado di generare 1100 MW e le 34 tonnellate di spinta richieste dalle specifiche per una missione su Marte. Ma, dopo la chiusura del programma Apollo ed il generale disinteresse verso la NASA, senza una missione con equipaggio umano verso Marte il bisogno di un razzo termico nucleare divenne superfluo. Anche la Russia produsse un motore termico nucleare per utilizzo spaziale, l'RD-0410, con prestazioni leggermente superiori al NERVA, che venne testato negli anni '80 nel poligono di Semipalatisk. Il suo impiego era stato proposto per una missione su Marte, con equipaggio umano, da svolgersi nel 1994, ovviamente mai realizzata.

Solo negli ultimi anni l'interesse per l'utilizzo spaziale dell'energia nucleare termica è tornato in auge e anche il progetto della DARPA rientra in quest'ottica. Speriamo, entro pochi anni, di poter vedere finalmente in funzione un motore di questo tipo per scopi spaziali pacifici.

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Massimo Martini

Sono appassionato di astronomia e di astronautica fin da quella notte del luglio 1969 quando, a poco più di sei anni, vidi i primi uomini mettere piede sulla Luna. La passione è cresciuta con gli anni e, sebbene non si sia trasformata in attività lavorativa, sono diventato un grande appassionato. Nel 1992, in pieno viaggio di Nozze, sono riuscito a trascinare persino la mia dolce metà al Kennedy Space Center per vedere il lancio del primo italiano nello spazio. Dal 2000 al 2017 ho realizzato e curato il sito astronautica.us che è stato sempre aggiornato ed il più possibile affidabile nelle informazioni. Purtroppo, per motivi personali sono stato costretto a chiudere il sito nel luglio 2017.
Sono stato, assieme a mia moglie, uno dei responsabili delle prime tre edizioni della convention 'AstronautiCON', che hanno visto anche la presenza di illustri ospiti nel campo astronautico. Al momento collaboro saltuariamente con la rivista del settore 'Spazio Magazine', attivamente con il sito aliveuniverse.today ed ho una rubrica fissa astronomica sul magazine locale 'Quello che c'è'.

www.astronautica.us | Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
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