Propulsão térmica nuclear, que usa o calor das reações nucleares como combustível, poderia ser usado um dia em voos espaciais humanos, possivelmente até mesmo para missões a Marte. Seu desenvolvimento, Contudo, representa um desafio. Os materiais usados ​​devem ser capazes de suportar altas temperaturas e bombardeamento de partículas de alta energia em uma base regular.

Will Searight, estudante de doutorado em engenharia nuclear na Penn State, está contribuindo com pesquisas que possam tornar esses avanços mais viáveis. Ele publicou as descobertas de uma simulação de projeto preliminar em Ciência e tecnologia de fusão , uma publicação da American Nuclear Society.

Para investigar melhor a propulsão térmica nuclear, Searight simulou um experimento de laboratório em pequena escala conhecido como loop de teste de hidrogênio. A configuração imita a operação de um reator no espaço, onde o fluxo de hidrogênio viaja através do núcleo e impulsiona o foguete - em temperaturas de até quase 2, 200 graus Fahrenheit. A Searight desenvolveu a simulação usando dimensões de desenhos detalhados de tubos de amarração, os componentes que constituem grande parte do circuito de teste através do qual o hidrogênio flui. O parceiro da indústria Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) forneceu os desenhos.

"Compreender como os componentes do USNC se comportam em um ambiente de hidrogênio quente é crucial para trazer nossos foguetes ao espaço, "Searight disse." Estamos entusiasmados em trabalhar com um dos principais contratantes do reator para o projeto de propulsão nuclear espacial da NASA, que está procurando produzir um motor de propulsão térmica nuclear de demonstração dentro de uma década. "

Aconselhado por Leigh Winfrey, professor associado e presidente do programa de graduação em engenharia nuclear, Searight usou o Ansys Fluent, um software de modelagem, para projetar um loop de simulação de um tubo de aço inoxidável com um diâmetro externo de cerca de duas polegadas. No modelo, o circuito se conecta a uma bomba de hidrogênio e circula o hidrogênio quente através de uma seção de teste adjacente a um elemento de aquecimento.

Searight descobriu que, embora o aquecimento consistente do hidrogênio até 2, 200 graus Fahrenheit era possível, foi necessário incluir um elemento de aquecimento diretamente acima da seção de teste para evitar uma redução no aquecimento. Os dados coletados do software de modelagem mostraram que o fluxo de hidrogênio através da seção de teste foi suave e uniforme, reduzindo a distribuição desigual de calor através do circuito, o que poderia comprometer a segurança e a vida útil da configuração. A análise dos resultados também verificou que o aço inoxidável permitiria uma construção mais conveniente e econômica do loop.

"Estamos entusiasmados por dar os primeiros passos no desenvolvimento de uma capacidade única para simulação de ambientes extremos na Penn State, "Winfrey disse." Este trabalho preliminar nos permitirá prosseguir com pesquisas que podem ter um grande impacto no futuro da exploração espacial. "

Com mais pesquisas, O trabalho preliminar da Searight pode permitir testes expandidos de materiais que um dia poderiam ser implementados para criar mais rapidamente, viagens espaciais mais eficientes usando foguetes alimentados por reator.

Recentemente, Searight recebeu a bolsa de estudos de graduação George P. Shultz e James W. Behrens da ANS. Searight usará o prêmio para apoiar seu trabalho futuro no loop de teste. Os $ 3, 000 bolsa homenageia Shultz, um defensor da não proliferação nuclear e recebedor da Medalha Presidencial da Liberdade que morreu em fevereiro, e Behrens, um ex-membro do conselho da ANS que ocupou vários cargos no setor de segurança nacional.