NASA en General Atomics schetsen kernmotor die Marsreis moet halveren

Twee ingenieurs van NASA en het bedrijf General Atomics werkten vorig jaar op een congres een idee uit op de achterkant van een servet: een raketmotor die kernenergie gebruikt om een ruimtevaartuig tegelijk van stroom en voortstuwing te voorzien. Zo'n "bimodale" motor zou de reistijd naar Mars flink kunnen inkorten. Het concept staat nog helemaal aan het begin, maar de bouwstenen ervoor bestaan al langer.

Twee technieken in één motor

Het idee komt van Kurt Polzin, hoofdingenieur van het nucleaire voortstuwingsprogramma bij NASA's Marshall Space Flight Center, en Robert Schleicher van General Atomics Electromagnetic Systems. Zij willen twee bestaande technieken combineren tot één systeem. De eerste is nucleaire elektrische voortstuwing, waarbij een fissiereactor elektriciteit opwekt die vervolgens ionenmotoren aandrijft. Die techniek is relatief volwassen en wordt al gebruikt in kleinere ruimtemissies. De tweede is nucleaire thermische voortstuwing, waarbij een reactor een drijfgas rechtstreeks verhit tot het met hoge snelheid wordt uitgestoten. Die techniek levert veel meer stuwkracht, maar is nog niet in de ruimte getest. Door beide systemen in één motor te bouwen, zou een ruimtevaartuig het beste van twee werelden krijgen: veel stuwkracht wanneer dat nodig is, en zuinige, langdurige voortstuwing voor de rest van de reis.

Waarom snelheid telt in de ruimte

Voor bemande missies naar Mars is snelheid niet alleen een kwestie van comfort. Zodra een ruimtevaartuig de Van Allen-gordels rond de aarde verlaat, komt de bemanning bloot te staan aan veel meer kosmische straling. Hoe langer de reis duurt, hoe groter het gezondheidsrisico en hoe zwaarder de belasting van langdurige gewichtloosheid op het lichaam. Polzin en Schleicher stellen dat hun bimodale ontwerp de reistijd naar Mars ongeveer kan halveren ten opzichte van een conventionele chemische draagraket. Dat zou de stralingsdosis en de fysieke belasting voor astronauten aanzienlijk verminderen, en tegelijk de kosten van een missie drukken doordat er minder voorraden aan boord hoeven.

Van servet naar vakblad

Het ontwerp is voorlopig niet meer dan een papieren studie. IEEE Spectrum-redacteur Stephen Cass, die het artikel van Polzin en Schleicher redigeerde, wijst erop dat vrijwel alle NASA-plannen voor bemande Marsmissies al zestig jaar op de tekentafel liggen. Het nieuwe is niet dat kernenergie voor ruimtevaart wordt onderzocht, dat gebeurt al decennia, maar dat twee losse, deels bewezen technieken voor het eerst in één systeem worden samengevoegd. Die combinatie brengt eigen technische uitdagingen met zich mee, onder meer op het gebied van warmtebeheer en de afscherming van de reactor. De onderzoekers publiceerden hun idee in het julinummer van IEEE Spectrum, uitdrukkelijk als uitnodiging aan andere ingenieurs om mee te denken en het ontwerp te verbeteren voordat het ooit als concreet project wordt voorgesteld.