¿Podría una nave espacial despegar de la Tierra usando cohetes térmicos nucleares?

Necesitarías algo con una mejor relación empuje-peso que NERVA para eso. Pero eso podría estar dentro del ámbito de la posibilidad. La masa del motor NERVA era de unas 20.000 lbm y el empuje de unas 75.000 lbf, lo que no deja suficiente para el resto del vehículo y el propulsor. Realmente fue diseñado para un escenario en el espacio, donde el beneficio sería sustancial.

En cuanto al medioambiente, el uso de NERVA en la atmósfera terrestre plantea un problema incluso si no se produce ningún accidente. En funcionamiento normal, fragmentos del combustible del reactor salen en el impulso de hidrógeno calentado, dejando un rastro radiactivo en la atmósfera. Tendría que hacer esto muy lejos de áreas pobladas (tal vez un lanzamiento marítimo) y hacer análisis de la distribución y el destino final del material radiactivo para demostrar, con suerte, que no aumentaría significativamente los riesgos para la salud de los humanos.

Yo diría que es una mala idea incluso sin tener en cuenta el impacto ambiental.

Para el ascenso vertical desde la superficie terrestre, es deseable una buena relación empuje-peso (T/W). De lo contrario, la pérdida de gravedad puede infligir una gran penalización delta V.

Según Kirk Sorensen, T/W de NTR no es tan bueno. Ver SSTO es una mala idea, pero NTR SSTO es peor .

"Podría" es una frase tan engañosa. ¿Quiere decir a corto plazo y económicamente viable, o eventualmente, después de una maduración tecnológica de 50 años? Asumiendo que quiere decir dentro de 20 años, mi respuesta es "Probablemente sí, pero el sistema sería menos atractivo debido a consideraciones financieras y de otro tipo que los cohetes químicos evolucionados". El gran desafío desde la perspectiva del rendimiento es el empuje contra el peso, o T/W. Sí, un NTR de clase NERVA con su ISP de 700-1000 utiliza cada kg de combustible con el doble de eficiencia que un cohete químico, pero cuando se lanza desde tierra, eso no compensa su menor T/W (7 vs 70 para cohetes químicos, según Wikipedia). El Proyecto Timberwind diseñó un NTR de lecho de guijarros (más lecho granular) en los años 80 y llegó a un T/W (de diseño) declarado de 23 al nivel del mar y 30 en el vacío. Sin embargo, el artículo de Wikipedia no Menciono las inestabilidades de flujo (léase: puntos calientes localizados que conducen a fallas) que se confirmaron cuando construyeron un artículo de prueba parcial y lo probaron con calentamiento inductivo para simular el calentamiento nuclear de los elementos combustibles simulados. Por lo tanto, un resultado alcanzable a corto plazo se encuentra entre el T/W probado de NERVA de 70 y el objetivo demasiado lejano de Timberwind de 30. Mientras tanto, Aerojet dijo: "¿Qué pasa si inyectamos masa adicional para mejorar T/W a costa de ISP durante el Los primeros 1-2 minutos, llamados LANTR?T/W, sube de manera impresionante, pero aún no está donde quieres que compita con los cohetes químicos en una primera etapa.http://www.nss.org/settlement/moon/LANTR.html ; http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a454590.pdf

La NASA revisó los NTR a instancias de Bush padre para su proyecto de Marte y dijo que un nuevo programa para desarrollar un NTR de transferencia a Marte (todavía no para el lanzamiento desde tierra, sino para mejorar nuestro peso de lanzamiento a Marte) con controles ambientales modernos costaría unos dólares geniales. 1B. Aplicando ese número a su problema, creo que podemos decir que una inversión a corto plazo de $ 1B y agregar LANTR nos daría una primera etapa funcional pero de bajo rendimiento. Y considerando lo que está pasando con SpaceX y Blue Origins, ese $ 1B podría comprar MUCHO queroseno y metano.

PERO analizar los números podría dar como resultado un vehículo de inyección de transferencia de Marte/segunda etapa excelente.

Por cierto, tenga cuidado al leer las afirmaciones de los fanáticos de Dumbo y Timberwind. Cuando hace que sus pasajes de combustible sean más pequeños (pequeños canales para Dumbo o una cama granular para Timberwind), sus coeficientes de transferencia de calor aumentan drásticamente. Eso es excelente para T/W (se necesita menos tamaño y peso del reactor para transferir la misma cantidad de energía al combustible), pero lo lleva al territorio de la inestabilidad del flujo laminar. Ese es un problema molesto donde el hidrógeno fluye más lentamente cuanto más caliente se pone. Y dado que el motor está generando energía a un ritmo constante, los puntos calientes rápidamente se vuelven más calientes y luego se obtiene una especie de efecto de silbido-boom.

Además, puede calentar más el combustible (mejorando así el ISP y el empuje) si utiliza elementos de combustible metálicos. ¡Hurra! ¡Escape más caliente! Vaya, los elementos pesan el doble que los elementos de carbono de menor rendimiento; usted mejoró el ISP pero redujo T/W. ¿Qué tal un NTR que realiza los 2/3 iniciales de su calentamiento con elementos de carbono relativamente livianos y luego pasa el combustible a través de una segunda etapa con elementos metálicos para alcanzar la temperatura máxima de escape? ¿Tienes alguna idea de la pesadilla que sería el modelado de neutrones para eso? Ahora probablemente esté viendo un proyecto de $ 2 mil millones, fácil.

Entonces, si decidimos colonizar un planeta exterior a gran escala, digamos una inversión de $ 500B + durante 20 años, Y es un imperativo social suficiente para ignorar la aspersión de escape radiactivo, entonces valdría la pena considerar la segunda etapa NTR + LANTR , especialmente como motor de segunda etapa/MOI. Pero incluso entonces, los NTR probablemente no tendrán sentido como primera etapa o SSTO hasta que logremos un salto tecnológico a la fase gaseosa.

Lo siento por la falta de matemáticas.