Tata Surya adalah tempat yang sangat besar, dan dibutuhkan selamanya untuk melakukan perjalanan dari dunia ke dunia dengan roket kimia tradisional. Tetapi satu teknik, yang dikembangkan pada tahun 1960-an mungkin menyediakan cara untuk secara dramatis mempersingkat waktu perjalanan kita: roket nuklir.
Tentu saja, meluncurkan roket yang ditenagai bahan radioaktif juga memiliki risiko sendiri. Haruskah kita mencobanya?
Katakanlah Anda ingin mengunjungi Mars menggunakan roket kimia. Anda akan meledak dari Bumi dan pergi ke orbit Bumi yang rendah. Kemudian, pada saat yang tepat, Anda akan menembakkan roket Anda, menaikkan orbit Anda dari Matahari. Lintasan elips baru yang Anda ikuti bersinggungan dengan Mars setelah delapan bulan penerbangan.
Ini dikenal sebagai transfer Hohmann, dan ini adalah cara paling efisien yang kami tahu cara bepergian di luar angkasa, menggunakan jumlah propelan dan jumlah muatan terbesar. Masalahnya tentu saja, adalah waktu yang dibutuhkan. Sepanjang perjalanan, para astronot akan mengonsumsi makanan, air, udara, dan terpapar radiasi jangka panjang ruang angkasa yang dalam. Kemudian misi kembali menggandakan kebutuhan untuk sumber daya dan menggandakan beban radiasi.
Kita harus lebih cepat.
Ternyata NASA telah memikirkan apa yang terjadi selanjutnya setelah roket kimia selama hampir 50 tahun.
Roket termal nuklir. Mereka jelas mempercepat perjalanan, tetapi mereka bukannya tanpa risiko mereka sendiri, itulah sebabnya Anda belum melihatnya. Tapi mungkin waktu mereka ada di sini.
Pada tahun 1961, NASA dan Komisi Energi Atom bekerja bersama pada gagasan propulsi termal nuklir, atau NTP. Ini dipelopori oleh Werner von Braun, yang berharap bahwa misi manusia akan terbang ke Mars pada 1980-an, dengan sayap roket nuklir.
Yah, itu tidak terjadi. Tetapi mereka memang melakukan beberapa tes propulsi termal nuklir yang berhasil dan menunjukkan bahwa itu berhasil.
Sementara roket kimia bekerja dengan menyalakan beberapa jenis bahan kimia yang mudah terbakar dan kemudian memaksa gas buang keluar nosel. Berkat hukum ketiga Newton yang baik, Anda tahu, untuk setiap tindakan ada reaksi yang sama dan berlawanan, roket menerima dorongan dalam arah yang berlawanan dari gas yang dikeluarkan.
Roket nuklir bekerja dengan cara yang sama. Sebuah bola seukuran marmer dari bahan bakar Uranium mengalami proses fisi, melepaskan sejumlah besar panas. Ini memanaskan hidrogen hingga hampir 2.500 C yang kemudian dikeluarkan bagian belakang roket dengan kecepatan tinggi. Kecepatannya sangat tinggi, memberi roket efisiensi pendorong dua hingga tiga kali lipat dari roket kimia.
Ingat 8 bulan yang saya sebutkan untuk roket kimia? Roket termal nuklir dapat memangkas waktu transit menjadi dua, bahkan mungkin 100 hari perjalanan ke Mars. Yang berarti lebih sedikit sumber daya yang dikonsumsi oleh para astronot, dan beban radiasi yang lebih rendah.
Dan ada manfaat besar lainnya. Dorongan roket nuklir dapat memungkinkan misi untuk pergi ketika Bumi dan Mars tidak selaras dengan sempurna. Saat ini jika Anda kehilangan jendela, Anda harus menunggu 2 tahun lagi, tetapi roket nuklir dapat memberi Anda dorongan untuk menangani penundaan penerbangan.
Tes pertama roket nuklir dimulai pada 1955 dengan Project Rover di Los Alamos Scientific Laboratory. Pengembangan kuncinya adalah miniaturisasi reaktor yang cukup untuk bisa diletakkan di atas roket. Selama beberapa tahun berikutnya, para insinyur membangun dan menguji lebih dari selusin reaktor dengan berbagai ukuran dan keluaran daya.
Dengan keberhasilan Project Rover, NASA mengarahkan pandangannya pada misi manusia ke Mars yang akan mengikuti pendaratan Apollo di Bulan. Karena jarak dan waktu terbang, mereka memutuskan roket nuklir akan menjadi kunci untuk membuat misi lebih mampu.
Tentu saja, roket nuklir tidak tanpa risiko. Sebuah reaktor di atas kapal akan menjadi sumber radiasi kecil bagi awak astronot yang ada di kapal, ini akan sebanding dengan penurunan waktu penerbangan. Ruang dalam itu sendiri adalah bahaya radiasi yang sangat besar, dengan radiasi kosmik galaksi konstan merusak DNA astronot.
Pada akhir 1960-an, NASA mendirikan Mesin Nuklir untuk program Aplikasi Kendaraan Roket, atau NERVA, mengembangkan teknologi yang akan menjadi roket nuklir yang akan membawa manusia ke Mars.
Mereka menguji roket nuklir yang lebih besar dan lebih kuat, di gurun Nevada, melepaskan gas hidrogen berkecepatan tinggi ke atmosfer. Undang-undang lingkungan saat itu kurang ketat.
NERVA NRX pertama akhirnya diuji selama hampir dua jam, dengan daya penuh 28 menit. Dan mesin kedua dihidupkan 28 kali dan berjalan selama 115 menit.
Pada akhirnya, mereka menguji reaktor nuklir terkuat yang pernah dibuat, reaktor Phoebus-2A, yang mampu menghasilkan 4.000 megawatt tenaga. Menyodorkan selama 12 menit.
Meskipun berbagai komponen tidak pernah benar-benar dirakit menjadi roket siap terbang, para insinyur puas bahwa roket nuklir akan memenuhi kebutuhan penerbangan ke Mars.
Tetapi kemudian, AS memutuskan tidak ingin pergi ke Mars lagi. Mereka menginginkan pesawat ulang-alik sebagai gantinya.
Program ini ditutup pada tahun 1973, dan tidak ada yang menguji roket nuklir sejak saat itu.
Tetapi kemajuan teknologi baru-baru ini telah membuat tenaga nuklir termal lebih menarik. Kembali pada 1960-an, satu-satunya sumber bahan bakar yang bisa mereka gunakan adalah uranium yang diperkaya tinggi. Tapi sekarang para insinyur berpikir mereka bisa bertahan dengan uranium yang diperkaya rendah.
Ini akan lebih aman untuk digunakan, dan akan memungkinkan lebih banyak fasilitas roket untuk menjalankan tes. Akan lebih mudah untuk menangkap partikel radioaktif di knalpot dan membuangnya dengan benar. Itu akan menurunkan biaya keseluruhan dari bekerja dengan teknologi.
Pada 22 Mei 2019, Kongres AS menyetujui $ 125 juta dolar dalam pendanaan untuk pengembangan roket tenaga nuklir termal. Meskipun program ini tidak memiliki peran apa pun dalam Artemis 2024 NASA yang kembali ke Bulan, program itu - mengutip - “menyerukan kepada NASA untuk mengembangkan rencana multi-tahun yang memungkinkan demonstrasi tenaga nuklir termal termasuk waktu yang terkait dengan demonstrasi ruang angkasa dan deskripsi misi masa depan dan daya dorong dan sistem tenaga yang dimungkinkan oleh kemampuan ini. "
Fisi nuklir adalah salah satu cara untuk memanfaatkan kekuatan atom. Tentu saja, itu membutuhkan uranium yang diperkaya dan menghasilkan limbah radioaktif beracun. Bagaimana dengan fusi? Di mana atom hidrogen diperas ke dalam helium, melepaskan energi?
Matahari telah melakukan fusi, berkat massa dan suhu inti yang sangat besar, tetapi fusi positif energi yang berkelanjutan telah sulit dipahami oleh kita, manusia yang lemah.
Eksperimen besar seperti ITER di Eropa berharap untuk mempertahankan energi fusi dalam dekade mendatang. Setelah itu, Anda dapat membayangkan reaktor fusi menjadi miniatur ke titik bahwa mereka dapat melayani peran yang sama dengan reaktor fisi dalam roket nuklir. Tetapi bahkan jika Anda tidak bisa mendapatkan reaktor fusi ke titik bahwa mereka adalah energi bersih positif, mereka masih dapat memberikan percepatan luar biasa untuk jumlah massa.
Dan mungkin kita tidak perlu menunggu beberapa dekade. Sebuah kelompok riset di Princeton Plasma Physics Laboratory sedang mengerjakan konsep yang disebut Direct Fusion Drive, yang menurut mereka bisa lebih cepat siap.
Ini didasarkan pada reaktor fusi Konfigurasi Reversed Configuration yang dikembangkan di Princeton pada tahun 2002 oleh Samuel Cohen. Plasma panas helium-3 dan deuterium terkandung dalam wadah magnetik. Helium-3 jarang ada di Bumi, dan berharga karena reaksi fusi dengannya tidak akan menghasilkan jumlah radiasi berbahaya atau limbah nuklir yang sama dengan reaktor fusi atau fisi lainnya.
Seperti halnya roket fisi, roket fusi memanaskan propelan ke suhu tinggi dan kemudian meledakkannya dari belakang, menghasilkan daya dorong.
Ia bekerja dengan mengantarkan sekelompok magnet linear yang mengandung dan memutar plasma yang sangat panas. Antena di sekitar plasma disetel ke frekuensi ion tertentu, dan membuat arus di plasma. Energi mereka dipompa ke titik di mana atom-atom berfusi, melepaskan partikel-partikel baru. Partikel-partikel ini berkeliaran melalui medan penahanan sampai mereka ditangkap oleh garis medan magnet dan mereka dipercepat keluar dari belakang roket.
Secara teori, roket fusi akan mampu memberikan daya dorong 2,5 hingga 5 ton per megawatt, dengan dorongan spesifik 10.000 detik - ingat 850 dari roket fisi, dan 450 dari roket kimia. Itu juga akan menghasilkan listrik yang dibutuhkan oleh pesawat ruang angkasa jauh dari Matahari, di mana panel surya tidak sangat efisien.
Direct Fusion Drive akan mampu membawa misi 10 ton ke Saturnus hanya dalam 2 tahun, atau pesawat ruang angkasa 1-ton dari Bumi ke Pluto dalam waktu sekitar 4 tahun. Cakrawala Baru membutuhkan hampir 10.
Karena itu juga reaktor fusi 1 megawatt, itu juga akan memberikan daya untuk semua instrumen pesawat ruang angkasa ketika tiba. Jauh lebih banyak daripada baterai nuklir yang saat ini dibawa oleh misi luar angkasa seperti Voyager dan New Horizons.
Bayangkan seperti apa misi antarbintang yang mungkin ada di atas meja dengan teknologi ini juga.
Dan Princeton Satellite Systems bukan satu-satunya kelompok yang bekerja pada sistem seperti ini. Applied Fusion Systems telah mengajukan permohonan paten untuk mesin fusi nuklir yang dapat memberikan daya dorong ke pesawat ruang angkasa.
Saya tahu sudah puluhan tahun sejak NASA serius menguji roket nuklir sebagai cara untuk mempersingkat waktu penerbangan, tetapi sepertinya teknologinya kembali. Selama beberapa tahun ke depan saya berharap untuk melihat perangkat keras baru, dan tes baru sistem tenaga nuklir termal. Dan saya sangat senang dengan kemungkinan drive fusi yang sebenarnya membawa kita ke dunia lain. Seperti biasa, tetap disini, saya akan memberi tahu Anda ketika ada yang benar-benar terbang.
