Using nuclear energy in a spacecraft for propulsion and power in a microgravity environment

Abstract

20. yüzyıldaki iki önemli gelişme uzay araçlarının icadıyla nükleer gücün bitmeyen bir enerji kaynağı olarak bulunmasıdır. Bugün, her iki teknolojik alan da inanılmaz derecede büyüyerek dünyamızın teknolojik gelişimini şekillendirmişlerdir. Bu her iki alan birbiriyle ilişkilidir, zira uzay araştırmalarının geleceği nükleer gücün var olmasına bağlıdır.Bir uzay uçuşundan beklenen en önemli özellik, evrenin en uzak köşelerine ulaşabilmektir. Seyahat edilmesi gereken mesafeler gerçekten büyük olduğundan esasında, güneş Sisteminde Ay dışında herhangi bir yere seyahat etmek ciddi bir problem yaratır. Uzay araçlarında kullanılan kimyasal tahrik yöntemleri, bu uzak mesafeler için gerekli spesifik impuls ve hızları sağlayamamaktadır. Fakat nükleer gücün varlığı ve kullanımı ile uzay araçları için gerekli itki ve yıldızlar arası mesafeler için gerekli araştırmalar için gerekli enerji sağlanabilir.Dünyadaki çeşitli nükleer uzay programlarının elde ettiği en büyük başarı nükleer fisyonun roketler için bir itki gücü olarak kullanılması olmuştur. Hem atmosferik uçuş hem de dış uzay uçuşları Amerikalılar ve Ruslar tarafından denenmiştir. Buna ek olarak, radyoizotopla ısıl enerji üretimi, Cassini Uzay Aracı gibi derin uzay araştırmaları yapabilen uzak mesafe uzay araçlarındaki sistemler için elektrik üretiminde kullanılmaktadır.Nükleer reaktörlerin uzay araçlarının tahrik sistemlerinde kullanımı konusunda bazı atılımlar olmuştur. NASA tarafından yürütülen ve nükleer tahrik sistemlerini ?Mars 2020? görevi için kullanmayı öngören programlar mevcuttur. Ayrıca NASA tarafında nükleer güçle çalışan mekiklerin atmosfer dışı yük taşımak için kullanılması düşünülmektedir. Ek olarak füzyonun bir güç kaynağı olarak uzay araçlarında kullanımı da düşünülmektedir. Bu tez bunları detaylı olarak incelemektedir.

The two of the largest developments in the 20th century have been the invention of space crafts, as well as the invention of nuclear power as a source of long lasting energy. Now, both technological fields have grown immensely to structure the technology of our world. These two fields are intertwined, as the future of space exploration depends on the availability of nuclear power.One of the largesr requirements of a space flight mission is to be able to fly to furthest reaches of the universe. In fact, flying anywhere in our Solar System besides the moon will pose a considerable challenge as the distances that need to be travelled are great. The various available means of chemical propulsion in spacecraft do not pose the necessary high specific impulse and velocity to reach these long distances. But, with the availability of nuclear power, spacecraft will have the thrust as well as the necessary power for exploration of interstellar distances.So far, the largest achievements of the various nuclear space programs all over the world have been to use nuclear fission as a source of propulsion for rockets. Atmospheric flight as well as outer space flight has been attempted by both the Americans and the Russians. In addition, radioisotope thermal heat generation is widely used in deep space satellite such as the Cassini spacecraft to provide the necessary electrical power in the deep reaches of space.There have been some leaps in the usage of nuclear reactors for providing thrust to the spacecraft. There are some programs underway by NASA, that plan to use nuclear propulsion for a proposed Mars Mission in 2020. Also some further plans by NASA, suggest using nuclear powered shuttles in the outer atmosphere for payload transit. In addition, some advanced concepts of using fusion as a source of power for a spacecraft have been suggested.