De reis naar de planeet Mars en terug is niet voor bangeriken. We hebben het niet over dagen, weken of maanden. Maar er zijn technologieën die kunnen helpen om een bemanning in relatief korte tijd van twee jaar naar Mars te vervoeren. Eén optie die NASA momenteel onderzoekt is nucleaire elektrische aandrijving, waarbij een kernreactor elektriciteit opwekt die gasvormige drijfgassen ioniseert, positief oplaadt en elektrisch versnelt om een ruimtevaartuig stuwkracht te geven.
Onderzoekers van NASA's Langley Research Center in Hampton, Virginia, werken aan een systeem dat nucleaire elektrische aandrijving een belangrijke, technologiebepalende stap dichter bij de realiteit kan brengen. Modular Assembled Radiators for Nuclear Electric Propulsion Vehicles, of MARVL, heeft als doel om een kritisch element van nucleaire elektrische voortstuwing, het warmteafvoersysteem, op te delen in kleinere componenten die robotisch en autonoom in de ruimte kunnen worden geassembleerd.
“Door dat te doen, hoeven we niet te proberen om het hele systeem in één raketkap te passen,” zei Amanda Stark, een warmteoverdrachtingenieur bij NASA Langley en de hoofdonderzoeker voor MARVL. “Daardoor kunnen we het ontwerp wat losser maken en echt optimaliseren.” Het losmaken van het ontwerp is de sleutel, want zoals Stark al zei, moest volgens eerdere ideeën het hele nucleaire elektrische radiatorsysteem onder een raketkuip of neuskegel passen, die de lading bedekt en beschermt. Bij volledige plaatsing zou de warmteafvoerende radiatorenreeks ruwweg zo groot zijn als een voetbalveld. Je kunt je voorstellen voor welke uitdaging ingenieurs staan om zo'n enorm systeem netjes opgevouwen in de punt van een raket te krijgen.
De MARVL-technologie opent een wereld van mogelijkheden. In plaats van het hele systeem in een bestaande raket te proppen, zou dit onderzoekers de flexibiliteit geven om stukken van het systeem naar de ruimte te sturen op de manier die het meest zinvol is, en het dan allemaal vanaf de planeet in elkaar te zetten. Eenmaal in de ruimte zouden robots de radiatorpanelen van het nucleaire elektrische aandrijfsysteem met elkaar verbinden, waardoor een vloeibaar metalen koelmiddel zou stromen, zoals een natrium-kaliumlegering. Hoewel dit nog steeds een technische uitdaging is, is het precies het soort technische uitdaging waar ruimteassemblage-experts bij NASA Langley al tientallen jaren aan werken. De MARVL-technologie zou een belangrijke eerste mijlpaal kunnen zijn. In plaats van een toevoeging aan een bestaande technologie, zal de ruimte-assemblagecomponent profiteren van en invloed hebben op het ontwerp van het ruimtevaartuig zelf.
“Bestaande voertuigen hebben tijdens het ontwerpproces nog niet eerder rekening gehouden met assemblage in de ruimte, dus we hebben hier de kans om te zeggen: 'We gaan dit ruimtetuig in de ruimte bouwen. Hoe doen we dat? En hoe ziet het voertuig eruit als we dat doen? Ik denk dat het onze ideeën over nucleaire voortstuwing zal uitbreiden,” zei Julia Cline, een mentor voor het project in het onderzoeksdirectoraat van NASA Langley, die de deelname van het centrum aan het technische rijpingsplan voor Nucleaire Elektrische Voortstuwing leidde als voorloper van MARVL. Dat technische rijpingsplan werd uitgevoerd vanuit het Space Nuclear Propulsion-project van het ruimtevaartagentschap op het Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama.
NASA's Space Technology Mission Directorate kende het MARVL-project toe via het Early Career Initiative, waardoor het team twee jaar de tijd kreeg om het concept verder te ontwikkelen. Stark en haar teamgenoten werken samen met een externe partner, Boyd Lancaster, Inc. om het thermisch beheersysteem te ontwikkelen. Het team bestaat ook uit radiatorontwerpingenieurs van NASA's Glenn Research Center in Cleveland en vloeistofingenieurs van NASA's Kennedy Space Center in Florida. Na twee jaar hoopt het team het MARVL-ontwerp naar een kleinschalige demonstratie op de grond te brengen.
Het idee van het robotisch bouwen van een nucleair aandrijfsysteem in de ruimte spreekt tot de verbeelding. “Een van onze mentoren merkte op: 'Dit is waarom ik bij NASA wilde werken, voor projecten als dit,'” zei Stark, ”en dat is geweldig, want ik ben zo blij dat ik erbij betrokken ben en ik voel hetzelfde.”
Extra steun voor MARVL komt van het Space Nuclear Propulsion-project van het agentschap. Dit project werkt aan de ontwikkeling van technologieën voor operaties rond de maan en verkenning van de aarde, wetenschappelijke missies in de diepe ruimte en verkenning van mensen met behulp van nucleaire elektrische voortstuwing en nucleaire thermische voortstuwing.
Foto: NASA
Bron: NASA
