Milowy krok NASA w napędzie jądrowym: Pierwsze testy reaktora lotnego od lat 60.

Przełom NASA w dziedzinie napędu jądrowego: pierwsze testy reaktora lotnego od lat 60. XX wieku

W ramach działań sygnalizujących zmianę paradygmatu w długotrwałych podróżach kosmicznych, NASA pomyślnie zakończyła kompleksową kampanię testów zimnego przepływu swojej pierwszej inżynieryjnej jednostki rozwojowej jądrowego reaktora lotnego od ponad pięćdziesięciu lat. Ogłoszony 27 stycznia 2026 roku w Waszyngtonie kamień milowy stanowi kluczowy postęp w technologii jądrowego napędu termicznego (Nuclear Thermal Propulsion – NTP). Przeprowadzona w Marshall Space Flight Center w Huntsville w stanie Alabama seria testów dostarcza empirycznych podstaw niezbędnych do wyjścia poza ograniczenia napędu chemicznego i realizacji ambitnego celu wysłania załóg ludzkich na Marsa oraz w odległe zakątki Układu Słonecznego.

Powrót do napędu atomowego

Historia napędu jądrowego w NASA to dzieje przerwanej, błyskotliwej wizji. W latach 60. program Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application (NERVA) wykazał ogromny potencjał energii atomowej w lotach kosmicznych, osiągając wysoki stopień gotowości technologicznej, zanim został zamknięty z powodu zmieniających się priorytetów budżetowych i przeniesienia uwagi agencji na program Space Shuttle. Ostatnia kampania testowa z lat 2025–2026 to pierwszy raz od tamtej ery, kiedy jednostka reaktora jądrowego o konfiguracji lotnej przeszła tak rygorystyczną walidację inżynieryjną. Powrót do badań nad energią jądrową nie jest jedynie nostalgicznym ożywieniem, lecz strategiczną koniecznością podyktowaną złożonymi wymaganiami programu Artemis i planowanej misji załogowej na Marsa.

Inżynieryjna jednostka rozwojowa (EDU), będąca sercem tej kampanii, została wyprodukowana przez BWX Technologies z siedzibą w Richmond w stanie Wirginia. Ten pełnoskalowy, niejądrowy model testowy — o wysokości 72 cali i szerokości 44 cali — służy jako wysoce wierny surogat reaktorów, które ostatecznie będą napędzać statki do eksploracji głębokiego kosmosu. Współpracując z liderami branży, NASA wykorzystuje nowoczesne techniki produkcyjne, aby rozwiązać wyzwania termiczne i konstrukcyjne, które powstrzymywały poprzednie pokolenia inżynierów, zapewniając, że rakiety nowej generacji będą równie niezawodne, co potężne.

Zrozumieć jądrowy napęd termiczny (NTP)

Aby docenić znaczenie tych testów, należy zrozumieć, czym jądrowy napęd termiczny różni się od rakiet chemicznych, które dominowały w erze kosmicznej. Tradycyjne rakiety, takie jak Space Launch System (SLS), wytwarzają ciąg poprzez spalanie paliwa i utleniacza. W przeciwieństwie do nich system NTP wykorzystuje kompaktowy reaktor jądrowy do generowania ekstremalnego ciepła. Ta energia cieplna jest przekazywana do paliwa pędnego, zazwyczaj ciekłego wodoru, który gwałtownie się rozpręża i jest wyrzucany przez dyszę z niezwykle dużą prędkością. Ponieważ paliwo pędne nie jest spalane, lecz podgrzewane, systemy NTP mogą osiągnąć impuls właściwy — miarę wydajności paliwa — dwa do trzech razy wyższy niż w przypadku najlepszych silników chemicznych.

Określenie „zimny przepływ” (cold-flow) w odniesieniu do niedawnych testów w Marshall Space Flight Center odnosi się do faktu, że na tym etapie nie doszło do faktycznego rozszczepienia jąder atomowych. Zamiast tego zespół skupił się na dynamice płynów w systemie. W trakcie ponad 100 indywidualnych testów inżynierowie tłoczyli różne czynniki napędowe przez jednostkę BWX Technologies pod różnymi ciśnieniami i w różnych temperaturach, aby symulować warunki operacyjne. Pozwoliło to zespołowi na walidację wewnętrznej geometrii reaktora i upewnienie się, że paliwo zachowuje się w sposób przewidywalny podczas przepływu przez złożone kanały rdzenia reaktora.

Techniczne triumfy w dziedzinie dynamiki płynów

Jednym z najważniejszych wniosków z kampanii była odporność reaktora na niestabilności wywołane przepływem. W silnikach rakietowych o wysokiej wydajności poruszające się płyny mogą często oddziaływać ze strukturą silnika w sposób generujący destrukcyjne oscylacje, wibracje lub fale ciśnienia — zjawiska, które mogą prowadzić do katastrofalnej awarii sprzętu. Inżynierowie testowi z Marshall pomyślnie wykazali, że obecna konstrukcja reaktora jest odporna na te niszczycielskie siły w całym zakresie operacyjnym. Potwierdzając integralność strukturalną jednostki pod wpływem naprężeń przepływowych, NASA pokonała jedną z najpoważniejszych przeszkód inżynieryjnych na drodze do stworzenia systemu gotowego do lotu.

Jason Turpin, menedżer biura Space Nuclear Propulsion Office w NASA Marshall, podkreślił historyczną wagę tych ustaleń. „Ta seria testów wygenerowała jedne z najbardziej szczegółowych danych dotyczących odpowiedzi przepływowych dla lotnej konstrukcji reaktora kosmicznego od ponad 50 lat” — stwierdził Turpin. Zauważył, że zgromadzone dane będą kluczowe przy projektowaniu systemów kontrolno-pomiarowych lotu. Poza fizyką przepływu, jednostka EDU posłużyła jako „pathfinder” dla procesów produkcyjnych i montażowych, udowadniając, że nowoczesne lotnicze łańcuchy dostaw są w stanie sprostać precyzji wymaganej przy sprzęcie zintegrowanym z technologią jądrową.

Korzyści podczas lotu na Marsa

Nadrzędnym celem tych badań jest drastyczne skrócenie czasu podróży misji załogowych na Czerwoną Planetę. Obecne systemy napędu chemicznego wymagają około dziewięciu miesięcy podróży w jedną stronę. Dzięki w pełni zrealizowanemu systemowi NTP czas ten mógłby zostać skrócony do czterech lub sześciu miesięcy. Redukcja ta nie jest jedynie kwestią wygody; to krytyczny środek bezpieczeństwa. Krótszy czas tranzytu znacznie zmniejsza ekspozycję załogi na promieniowanie słoneczne i kosmiczne, które stanowią główne zagrożenie dla zdrowia w głębokim kosmosie. Ponadto zmniejsza to fizjologiczne skutki długotrwałego przebywania w mikrograwitacji, takie jak utrata gęstości kości i zanik mięśni.

Dodatkowo, wysoka wydajność napędu jądrowego pozwala na zwiększenie masy ładunku naukowego. Ponieważ mniej masy poświęca się na nieporęczne paliwa chemiczne, inżynierowie mogą wygospodarować więcej miejsca na systemy podtrzymywania życia, instrumenty naukowe i zestawy komunikacyjne o dużej mocy. Ta zwiększona zdolność wynoszenia masy na orbitę gwarantuje, że kiedy ludzie dotrą na Marsa, będą dysponować narzędziami niezbędnymi do prowadzenia badań o dużym znaczeniu i ustanowienia trwałej obecności.

Integracja z programem Artemis i dalsze perspektywy

Rozwój NTP nie odbywa się w próżni, lecz jest ściśle powiązany z szerszą architekturą księżycową i marsjańską NASA. Choć program Artemis opiera się obecnie na rakiecie SLS i statku kosmicznym Orion, przejście do długoterminowej bazy księżycowej będzie wymagało wysokowydajnych możliwości, które może zapewnić jedynie energia jądrowa. Obejmuje to nie tylko napęd, ale także zasilanie powierzchniowe. Synergia między obecnymi testami EDU a inicjatywą Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO) — współpracą NASA i DARPA — podkreśla zaangażowanie wielu agencji w zabezpieczenie amerykańskiego przywództwa w kosmicznych technologiach jądrowych.

Ze strategicznego punktu widzenia wykorzystanie napędu jądrowego gwarantuje, że Stany Zjednoczone będą mogły utrzymać „zwinne” operacje w przestrzeni okołoksiężycowej (obszar między Ziemią a Księżycem). W miarę jak przestrzeń kosmiczna staje się coraz bardziej zatłoczona i sporna, zdolność do szybkiego i wydajnego manewrowania dużymi ładunkami staje się kwestią o znaczeniu państwowym. Dane z Marshall Space Flight Center stanowią mapę drogową przejścia od testów eksperymentalnych do wdrożenia operacyjnego pod koniec lat 20. i na początku lat 30. XXI wieku.

Bezpieczeństwo, protokoły środowiskowe i kierunki rozwoju

Współczesna era kosmicznych badań jądrowych podlega znacznie surowszym protokołom bezpieczeństwa niż te z lat 60. Kluczowe znaczenie ma tutaj zastosowanie paliwa HALEU (High-Assay Low-Enriched Uranium – nisko wzbogacony uran o wysokiej zawartości izotopu U-235). W przeciwieństwie do wysokowzbogaconych paliw stosowanych w przeszłości, HALEU zapewnia bezpieczniejsze i stabilniejsze źródło energii, które spełnia międzynarodowe standardy nierozprzestrzeniania broni jądrowej, oferując jednocześnie wysoką gęstość energii wymaganą dla NTP. NASA wraz z partnerami ściśle współpracuje z Departamentem Energii, aby upewnić się, że każdy etap cyklu życia jądrowego — od produkcji paliwa po start i ostateczną utylizację — jest zgodny z najwyższymi standardami bezpieczeństwa i ochrony środowiska.

Patrząc w przyszłość, sukces kampanii zimnego przepływu toruje drogę do testów „gorących”, podczas których reaktor zostanie ostatecznie zintegrowany z paliwem jądrowym w celu przeprowadzenia naziemnych prób mocy. Te przyszłe kamienie milowe przybliżą agencję do pełnoskalowej demonstracji lotu. Jak podsumował Jason Turpin, każdy z tych technicznych sukcesów „przybliża nas do poszerzenia granic tego, co jest możliwe w przyszłości załogowych lotów kosmicznych”. Dzięki fundamentom położonym w Marshall, marzenie o szybkiej, wydajnej i napędzanej atomem podróży do gwiazd nie jest już reliktem połowy ubiegłego wieku, lecz namacalną rzeczywistością bliskiej przyszłości.