Könnte ein Raumschiff mit nuklearen Thermalraketen von der Erde abheben?

Dafür brauchen Sie etwas mit einem besseren Verhältnis von Schub zu Gewicht als NERVA. Aber das dürfte im Bereich des Möglichen liegen. Die Masse des NERVA-Triebwerks betrug etwa 20.000 lbm und der Schub etwa 75.000 lbf, was für den Rest des Fahrzeugs und des Treibstoffs nicht annähernd genug bleibt. Es wurde wirklich für eine Bühne im Weltraum entwickelt, wo der Nutzen erheblich sein würde.

Was die Umwelt betrifft, stellt die Verwendung von NERVA in der Erdatmosphäre ein Problem dar, selbst wenn es keinen Unfall gibt. Im Normalbetrieb treten Teile des Reaktorbrennstoffs im erhitzten Wasserstoffschub aus und hinterlassen eine radioaktive Spur in der Atmosphäre. Sie müssten dies sehr weit entfernt von besiedelten Gebieten tun (vielleicht ein Seestart) und Analysen der Verteilung und des eventuellen Schicksals des radioaktiven Materials durchführen, um hoffentlich zu zeigen, dass es die Gesundheitsrisiken für Menschen nicht wesentlich erhöhen würde.

Ich würde sagen, es ist eine schlechte Idee, auch ohne die Auswirkungen auf die Umwelt zu berücksichtigen.

Für den vertikalen Aufstieg von der Erdoberfläche ist ein gutes Verhältnis von Schub zu Gewicht (T/W) wünschenswert. Andernfalls kann der Schwerkraftverlust eine große Delta-V-Strafe verursachen.

Laut Kirk Sorensen ist T/W von NTR nicht so toll. Siehe SSTO ist eine schlechte Idee, aber NTR SSTO ist schlechter .

"Könnte" ist so ein kniffliger Ausdruck. Meinen Sie damit kurzfristig und wirtschaftlich sinnvoll oder nach 50 Jahren Technologiereife? Angenommen, Sie meinen innerhalb von 20 Jahren, lautet meine Antwort: "Wahrscheinlich ja, aber das System wäre aufgrund finanzieller und anderer Überlegungen weniger attraktiv als weiterentwickelte chemische Raketen." Die große Herausforderung aus Leistungssicht ist Schub-Gewicht oder T/W. Ja, ein NTR der NERVA-Klasse mit einem ISP von 700-1000 verbraucht jedes kg Treibstoff doppelt so effizient wie eine chemische Rakete, aber beim Start vom Boden kann das nicht annähernd sein niedrigeres T/W (7 vs 70 für chemische Raketen, laut Wikipedia). Das Projekt Timberwind entwarf in den 80er Jahren einen NTR mit Kieselbett (körnigerem Bett) und erreichte ein behauptetes (Design-) T / W von 23 auf Meereshöhe und 30 im Vakuum. Der Wikipedia-Artikel tut dies jedoch nicht Erwähnen Sie nicht die Strömungsinstabilitäten (sprich: lokalisierte Hotspots, die zum Versagen führen), die bestätigt wurden, als sie einen teilweisen Testartikel bauten und ihn mit induktiver Erwärmung strömungstesteten, um die nukleare Erwärmung der simulierten Brennelemente zu simulieren. Ein kurzfristig erreichbares Ergebnis liegt also zwischen NERVAs nachgewiesenem T/W von 70 und Timberwinds zu weit gestecktem Ziel von 30. In der Zwischenzeit sagte Aerojet: „Was wäre, wenn wir zusätzliche Masse injizieren, um T/W auf Kosten von ISP während des Die ersten 1-2 Minuten, genannt LANTR? T/W klettert beeindruckend, aber immer noch nicht dort, wo Sie es wollen, um mit chemischen Raketen um eine erste Stufe zu konkurrieren.http://www.nss.org/settlement/moon/LANTR.html ; http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a454590.pdf

Die NASA sah sich auf Geheiß von Bush Sr. für sein Marsprojekt NTRs an und sagte, ein neues Programm zur Entwicklung eines Mars-Transfer-NTRs (immer noch nicht für den Bodenstart, aber um unser Wurfgewicht zum Mars zu verbessern) mit modernen Umweltkontrollen würde einen coolen Dollar kosten 1B. Wenn wir diese Zahl auf Ihr Problem anwenden, können wir meiner Meinung nach sagen, dass eine kurzfristige Investition von 1 Mrd. USD und das Hinzufügen von LANTR uns eine funktionierende, aber leistungsschwache erste Stufe bieten würden. Und wenn man bedenkt, was mit SpaceX und Blue Origins vor sich geht, könnte man mit dieser 1 Milliarde Dollar eine Menge Kerosin und Methan kaufen.

ABER wenn man die Zahlen zusammenfasst, könnte man ein tolles Zweitstufen-/Mars-Transfer-Injektionsfahrzeug bekommen.

Übrigens, seien Sie vorsichtig, wenn Sie Behauptungen von Dumbo- und Timberwind-Fans lesen. Wenn Sie Ihre Brennstoffkanäle kleiner machen (kleine Kanäle für Dumbo oder ein körniges Bett für Timberwind), steigen Ihre Wärmeübertragungskoeffizienten dramatisch an. Das ist großartig für T / W (weniger Reaktorgröße und -gewicht, die benötigt werden, um die gleiche Energiemenge auf den Brennstoff zu übertragen), bringt Sie jedoch in das Gebiet der Laminar-Flow-Instabilität. Das ist ein lästiges Problem, bei dem der Wasserstoff langsamer fließt, je heißer es wird. Und da der Motor mit konstanter Geschwindigkeit Energie erzeugt, werden heiße Stellen schnell zu heißeren Stellen und dann entsteht eine Art Pfeifen-Boom-Effekt.

Außerdem können Sie Ihren Brennstoff heißer machen (wodurch ISP und Schub verbessert werden), wenn Sie metallische Brennstoffelemente verwenden. Hurra! Heißer Auspuff! Hoppla, die Elemente wiegen doppelt so viel wie die leistungsschwächeren Kohlenstoffelemente; Sie haben ISP verbessert, aber T/W reduziert. Wie wäre es mit einem NTR, das die ersten 2/3 seiner Erwärmung mit relativ leichten Kohlenstoffelementen erledigt und dann den Kraftstoff durch eine zweite Stufe mit metallischen Elementen leitet, um die maximale Abgastemperatur zu erreichen? Haben Sie eine Ahnung, was für ein Albtraum die Neutronenmodellierung dafür wäre? Jetzt sehen Sie sich wahrscheinlich ein 2-Milliarden-Dollar-Projekt an, ganz einfach.

Wenn wir uns also entscheiden, einen äußeren Planeten in großem Umfang zu kolonisieren – sagen wir eine Investition von über 500 Mrd. USD über 20 Jahre – UND es ein sozialer Imperativ ist, das Versprühen radioaktiver Abgase zu ignorieren – dann wäre NTR + LANTR der zweiten Stufe einen Blick wert , insbesondere als Zweitstufen-/MOI-Triebwerk. Aber selbst dann werden NTRs als erste Stufe oder SSTO wahrscheinlich keinen Sinn machen, bis wir einen technologischen Sprung in die Gasphase erreichen.

Sorry für den Mangel an Mathe.