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NASAがDARPAと共同で、2027年に原子力エンジン搭載ロケット打ち上げを計画

米国航空宇宙局(NASA)と国防高等研究計画局(DARPA)は、推進力に原子力を利用した先進的なロケット技術を開発するための新たなパートナーシップを発表した。数十年にわたる航空宇宙工学の著しい進歩にもかかわらず、ロケットが生み出すことのできる推力は、ケロシンや水素といった従来の燃料ではまだ限界がある。このため、ロケットが到達できる速度に制限があり、長距離のミッションは、特に乗組員にとって困難で過酷なものとなっている。

NASAは、本日メリーランド州で開催された米国航空宇宙学会(AIAA)のSciTech Forumにおいて、エンジン開発について発表した。DARPAのディレクターであるStefanie Tompkins氏は、同イベントの中で、最近の原子力技術の進歩により、DARPAはより多くの「リスク」を取ることができるようになったと説明した。高濃縮ウラン(HALEU)燃料への移行は、現在軽水炉で使用されている燃料と比較して、燃料混合物中の濃縮ウランの割合が高いことを説明した。そのため、より高い発電量を得ることができるが、現状では原子力潜水艦や空母、兵器に必要な濃度よりもまだ低くなっている。

NASAはDARPAと省庁間協定(IAA)を締結し、宇宙での原子力推進を実証する責任を両者に委ねることになった。この協定の一環として、NASAは核熱ロケット(NTR)技術とNTRエンジンの設計を担当することになる。これには、原子炉の建設と開発、エンジンのすべての側面、地上でのエンジン試験、DARPAによるHALEUの調達の支援、車両の統合が含まれる。

NASAが開発したエンジンは、機体に組み込まれなければならないが、ここでDARPAの出番となる。この機体はNTR実験機(X-NTRV)と呼ばれ、DARPAはロケットをX-NTRVに統合し(従来のロケットがNTR搭載機を打ち上げる)、X-NTRVの運用・廃棄、関連活動を全て行う。また、NASA側の契約のもとで開発されるシステムはすべて非分類となる。

原子力推進技術の中心的な課題は安全性であり、それは規制のハードルにもなっている。この点について、NASAのPam Melroy副管理官は次のように説明した。

HALEUはその一助となることでしょう。ホワイトハウスの宇宙政策指令(SPD-6)は、この分野を非常に明確にしてくれました。ホワイトハウスの宇宙政策指令SPD-6は、この分野をより明確にしてくれました。しかし、DARPAとDOEの間の協定が明確になり、DARPAが監督権を持つようになったことで、このプロジェクトがより速く進むようになったと思います。このように、政策環境にはさまざまな断片がありますが、私にとっては、HALEUを使うことで多くのことが効率化され、兵器級の材料とはみなされないので、商業的なスピンオフの可能性もあるということが大きな成果だと思っています。

Pam Melroy

Tompkins氏は、安全性に関しても、宇宙空間に到達するまではエンジンが作動しないように設計し、エンジン自体が安全に再び地球に入るまで「劣化」しない軌道を使用することを付け加えた。エンジン自体からは放射性物質の排ガスは一切出ず、ガス状の水素が潜在的なノズルから出るだけである。その数分後、Melroy氏はまた、エンジンの詳細について共有し、次のように説明した。

重要なことが2つあります。核熱の場合、水素タンクだけでいいのです。従来のロケットの場合、2つのタンクが必要でした。燃料と酸化剤の2つのタンクが必要なのです。この場合、水素はターボポンプで原子炉に送り込まれますが、見た目は従来のロケットのポンプと同じです。そして水素は加熱され、ノズルから噴射されます。しかし、燃料と酸化剤の2つを持ち運ぶ必要がないため、ISPの話にもあったように、いくつかの効率化を図ることができます。つまり、最終的には質量を削減できる可能性があるのです。つまり、あなたが指摘したように、ISPが非常に高いということです。

Pam Melroy

現在、NASAとDARPAの契約では、2027年度(今から約4年後)の打ち上げ前の最終審査の1つである打ち上げ準備審査が行われている。X-NTRVは高い軌道で飛行する予定で、NASAの関係者によると。

再突入するまでに放射性物質がなくなるような高度を確保することが、私たちにとって非常に重要なのです。最低でも700km、最高で2,000km、いずれも国際宇宙ステーションのはるか上空になります。つまり、再突入には300年以上かかるということです。

Pam Melroy

NASAはDARPAと、宇宙でのサービス活動など、それぞれのミッションを実現するためのプロジェクトで協力してきた長い歴史がある。「原子力推進に我々のパートナーシップを拡大することは、火星に人類を送るというNASAの目標を推進するのに役立ちます。」と、Melroy氏は述べている。

火星への人類の移住は、政府宇宙機関や民間宇宙飛行会社の主要な宇宙飛行目標の1つとなっている。NASAのArtemisプログラムは、NASAの「Moon to Mars」ビジョンの一部で、NASAが計画している月探査から学ぶことを活用して、赤い惑星での人類の存在を確立するために取り組むものだ。

一方、SpaceX社は、最終的に火星に着陸させる予定のStarshipの軌道上飛行を間もなく開始すると発表しており、他の民間宇宙企業もこの目標を達成するために努力している。


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