New Nuclear Engine Concept Could Help Realize 3-Month Trips To Mars

Seattle-based Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) has developed a concept for a new Nuclear Thermal Propulsion (NTP) engine and delivered it to NASA. Claimed to be safer and more reliable than previous NTP designs and with far greater efficiency than a chemical rocket, the concept could help realize the goal of using nuclear propulsion to revolutionize deep space travel, reducing Earth-Mars travel time to just three months.

Because chemical rockets are already near their theoretical limits and electric space propulsion systems have such low thrust, rocket engineers continue to seek ways to build more efficient, more powerful engines using some variant of nuclear energy. If properly designed, such nuclear rockets could have several times the efficiency of the chemical variety. The problem is to produce a nuclear reactor that is light enough and safe enough for use outside the Earth’s atmosphere – especially if the spacecraft is carrying a crew.According to Dr. Michael Eades, principal engineer at USNC-Tech, the new concept engine is more reliable than previous NTP designs and can produce twice the specific impulse of a chemical rocket. Specific impulse is a measure of a rocket’s efficiency.

To fuel the concept, UNSC-Tech uses a Fully Ceramic Micro-encapsulated (FCM) fuel to power the engine’s reactor. This fuel is based on High-Assay Low Enriched Uranium (HALEU), which is derived from reprocessed civilian nuclear fuel and is enriched to between 5 and 20 percent – greater than that of civilian reactors and less than that of naval reactors. The fuel is then encapsulated into particles coated with zirconium carbide (ZrC).The company claims that this fuel is much more rugged than conventional nuclear fuels and can operate at high temperatures. This produces safer reactor designs and a high thrust and specific impulse that could previously only be obtained with highly-enriched uranium. In addition, such fuel can be produced with current supply chains and manufacturing plants.

It is hoped the new concept could lead to nuclear engines that reduce deep space mission times drastically, with a crewed mission to Mars arriving in as little as three months. Beyond that, the concept is aimed at a commercial market as well as with NASA and the US Department of Defense, allowing for more ambitious private missions.

„Key to USNC-Tech’s design is a conscious overlap between terrestrial and space reactor technologies,” says Dr. Paolo Venneri, CEO of USNC-Tech. „This allows us to leverage the advancements in nuclear technology and infrastructure from terrestrial systems and apply them to our space reactors.”

The project is part of a study managed by Analytical Mechanics Associates (AMA) for the space agency regarding NTP flight. USNC-Tech says the concept was „designed to enable a successful near-term system demonstration and reduce barriers to full-scale deployment,” but we suspect a sixth month round trip to Mars is probably still some way off.

Source: Ultra Safe Nuclear Technologies

„Tehnologii nucleare ultra sigure” din Seattle (USNC-Tech) au dezvoltat un concept pentru un nou motor de propulsie termică nucleară (NTP) și l-au livrat NASA. Afirmat a fi mai sigur și mai fiabil decât proiectele NTP anterioare și cu o eficiență mult mai mare decât o rachetă chimică, conceptul ar putea contribui la realizarea obiectivului utilizării propulsiei nucleare pentru a revoluționa călătoriile spațiale profunde, reducând timpul de călătorie Pământ-Marte la doar trei luni.

Deoarece rachetele chimice sunt deja aproape de limitele lor teoretice și sistemele de propulsie a spațiului electric au o forță atât de redusă, inginerii de rachete continuă să caute modalități de a construi motoare mai eficiente și mai puternice folosind o variantă de energie nucleară. Dacă sunt proiectate corespunzător, astfel de rachete nucleare ar putea avea de câteva ori eficiența varietății chimice. Problema este de a produce un reactor nuclear suficient de ușor și suficient de sigur pentru a fi folosit în afara atmosferei Pământului – mai ales dacă nava spațială transportă un echipaj. Potrivit dr. Michael Eades, inginer principal la USNC-Tech, noul concept motor mai fiabile decât proiectele NTP anterioare și pot produce impulsul dublu al unei rachete chimice. Impulsul specific este o măsură a eficienței unei rachete.

Pentru a alimenta conceptul, UNSC-Tech folosește un combustibil complet ceramic micro-încapsulat (FCM) pentru a alimenta reactorul motorului. Acest combustibil se bazează pe uraniu cu conținut scăzut de îmbogățire redusă (HALEU), care este derivat din combustibilul nuclear civil reprocesat și este îmbogățit între 5 și 20% – mai mare decât cel al reactoarelor civile și mai mic decât cel al reactoarelor navale. Combustibilul este apoi încapsulat în particule acoperite cu carbură de zirconiu (ZrC). Compania susține că acest combustibil este mult mai robust decât combustibilii nucleari convenționali și poate funcționa la temperaturi ridicate. Acest lucru produce proiecte de reactoare mai sigure și o forță ridicată și un impuls specific care anterior nu putea fi obținut decât cu uraniu foarte îmbogățit. În plus, un astfel de combustibil poate fi produs cu lanțurile de aprovizionare și fabricile actuale.

Se speră că noul concept ar putea conduce la motoare nucleare care reduc drastic timpii misiunii spațiului profund, cu o misiune cu echipaj pe Marte care ajunge în doar trei luni. Dincolo de aceasta, conceptul vizează o piață comercială, precum și NASA și Departamentul Apărării al SUA, permițând misiuni private mai ambițioase.

„Cheia pentru proiectarea USNC-Tech este o suprapunere conștientă între tehnologiile terestre și cele ale reactorului spațial”, spune dr. Paolo Venneri, CEO al USNC-Tech. „Acest lucru ne permite să valorificăm progresele în tehnologia nucleară și infrastructura de la sistemele terestre și să le aplicăm în reactoarele noastre spațiale.”

Proiectul face parte dintr-un studiu gestionat de Analytical Mechanics Associates (AMA) pentru agenția spațială cu privire la zborul NTP. USNC-Tech spune că conceptul a fost „conceput pentru a permite o demonstrație de succes pe termen scurt a sistemului și pentru a reduce barierele în calea desfășurării pe scară largă”, dar bănuim că o călătorie dus-întors pe șase luni pe Marte este probabil încă departe.