NERVA - NERVA - Wikipedia

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NERVA
NTS - ETS-1 002.jpg
NERVA XE in ETS-1
HerkunftslandVereinigte Staaten
DesignerWissenschaftliches Labor von Los Alamos
HerstellerAerojet (Motor)
Westinghouse (Reaktor)
AnwendungOberstufe Motor
StatusIm Ruhestand
Flüssigbrennstoffmotor
TreibmittelFlüssiger Wasserstoff
Performance
Schub (vac.)246.663 N (55.452 lb.f)
Kammerdruck3,861 kPa (560,0 psi)
ichsp (vac.)841 Sekunden (8,25 km / s)
ichsp (SL)710 Sekunden (7,0 km / s)
Brenndauer1.680 Sekunden
Startet neu24
Maße
Länge6,9 Meter
Durchmesser2,59 Meter (8 Fuß 6 Zoll)
Trockengewicht18.144 kg (40.001 lb)
Kernreaktor
Betriebsbereit1968 bis 1969
StatusStillgelegt
Hauptparameter des Reaktorkerns
Treibstoff (spaltbares Material)Hoch angereichertes Uran
KraftstoffzustandSolide
NeutronenenergiespektrumThermal
Primäre KontrollmethodeTrommeln steuern
Primärer ModeratorKerngraphit
PrimärkühlmittelFlüssiger Wasserstoff
Reaktornutzung
Leistung (thermisch)1137 MW
Verweise
Verweise[1]
AnmerkungenZahlen für XE Prime

Das Kernmotor für Raketenfahrzeuganwendungen (NERVA) war ein nukleare thermische Rakete Motorentwicklungsprogramm, das ungefähr zwei Jahrzehnte lief. Sein Hauptziel war es, "eine technologische Basis für nukleare Raketentriebwerksysteme zu schaffen, die bei der Konstruktion und Entwicklung von Antriebssystemen für Weltraummissionsanwendungen verwendet werden können".[2] NERVA war eine gemeinsame Anstrengung der Atomenergiekommission (AEC) und die Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde (NASA) und wurde von der verwaltet Space Nuclear Propulsion Office (SNPO) bis zum Ende des Programms im Januar 1973. SNPO wurde von der NASA geleitet Harold Finger und AECs Milton Klein.

NERVA hatte seinen Ursprung in Projekt Rover, ein AEC-Forschungsprojekt an der Wissenschaftliches Labor von Los Alamos (LASL) mit dem ursprünglichen Ziel, eine kernbetriebene Oberstufe für die Luftwaffe der Vereinigten Staaten Interkontinentalraketen, die stärker sind als chemische Motoren. Nach der Gründung der NASA im Jahr 1958 wurde Project Rover als ziviles Projekt fortgesetzt und auf die Herstellung einer kernbetriebenen Oberstufe für die NASA ausgerichtet Saturn V. Mondrakete. Die Reaktoren wurden vor dem Versand an mit sehr geringer Leistung getestet Jackass Flats in dem Nevada Test Site. Während sich LASL auf die Reaktorentwicklung konzentrierte. Die NASA baute und testete komplette Raketentriebwerke.

Die AEC, SNPO und die NASA betrachteten NERVA als äußerst erfolgreiches Programm, da es seine Programmziele erreichte oder übertraf. NERVA hat gezeigt, dass nukleare thermische Raketentriebwerke ein praktikables und zuverlässiges Werkzeug für sind Weltraumforschungund Ende 1968 bescheinigte SNPO, dass der neueste NERVA-Motor, der XE, die Anforderungen für a erfüllt menschliche Mission zum Mars. Es hatte starke politische Unterstützung von Senatoren Clinton P. Anderson und Margaret Chase Smith wurde aber vom Präsidenten abgesagt Richard Nixon 1973. Obwohl NERVA-Triebwerke so oft wie möglich mit flugzertifizierten Komponenten gebaut und getestet wurden und das Triebwerk als bereit für die Integration in ein Raumschiff angesehen wurde, flogen sie nie im Weltraum. Pläne für die Erforschung des Weltraums erfordern im Allgemeinen die Leistung von Atomraketenmotoren, und alle Raumfahrzeugkonzepte, in denen sie enthalten sind, verwenden abgeleitete Konstruktionen der NERVA.

Ursprünge

Während Zweiter Weltkrieg, einige Wissenschaftler an der Manhattan-Projekt's Los Alamos Labor wo der erste Atombomben wurden entworfen, einschließlich Stan Ulam, Frederick Reines und Frederic de Hoffmann, spekulierte über die Entwicklung von Atomraketen. 1946 schrieben Ulam und C. J. Everett eine Arbeit, in der sie den Einsatz von Atombomben als Mittel zum Raketenantrieb betrachteten. Dies würde die Grundlage für werden Projekt Orion.[3][4]

Die öffentliche Offenbarung von Atomenergie Am Ende des Krieges gab es viele Spekulationen, und im Vereinigten Königreich Val Cleaver, der Chefingenieur der Raketendivision bei De Havilland, und Leslie Shepherd, ein Kernphysiker Bei der Universität von Cambridge, unabhängig betrachtet das Problem des nuklearen Raketenantriebs. Sie wurden Mitarbeiter und in einer Reihe von Artikeln in der veröffentlicht Zeitschrift der British Interplanetary Society In den Jahren 1948 und 1949 skizzierten sie das Design einer atomgetriebenen Rakete mit einem Graphit mit festem Kern Wärmetauscher. Sie kamen widerwillig zu dem Schluss, dass Atomraketen für die Erforschung des Weltraums unerlässlich, aber technisch noch nicht machbar sind.[5][6]

Im Jahr 1953 Robert W. Bussard, ein Physiker, der an der Kernenergie für den Antrieb von Flugzeugen (NEPA) Projekt bei der Oak Ridge National Laboratory schrieb eine detaillierte Studie über "Kernenergie für Raketenantriebe". Er hatte die Arbeit von Cleaver und Shepard gelesen,[7] das des chinesischen Physikers Hsue-Shen Tsien,[8] und ein Bericht von Ingenieuren vom Februar 1952 bei Konsolidierter Vultee.[9] Bussards Studie hatte zunächst wenig Einfluss, da nur 29 Exemplare gedruckt und als klassifiziert wurden Eingeschränkte Datenund konnte daher nur von jemandem mit der erforderlichen Sicherheitsfreigabe gelesen werden.[10] Im Dezember 1953 wurde es in Oak Ridge's veröffentlicht Journal of Reactor Science and Technology. Das Papier war immer noch klassifiziert, ebenso wie das Tagebuch, aber dies gab ihm eine größere Auflage.[7] Darol Froman, der stellvertretende Direktor der Wissenschaftliches Labor von Los Alamos (LASL) und Herbert York, der Direktor der Strahlenlabor der Universität von Kalifornien in Livermorewaren interessiert und gründeten Komitees zur Untersuchung des Antriebs von Atomraketen. Froman brachte Bussard nach Los Alamos, um eine Woche im Monat zu helfen.[11]

Bussards Studie erregte auch die Aufmerksamkeit von John von Neumann, der ein Ad-hoc-Komitee für den nuklearen Antrieb von Raketen bildete. Mark MillsDer stellvertretende Direktor von Livermore war sein Vorsitzender, und seine anderen Mitglieder waren Norris Bradbury von LASL; Edward Teller und Herbert York aus Livermore; Abe Silverstein, der stellvertretende Direktor der Nationales Beratungsgremium für Luftfahrt (NACA) Lewis Flight Propulsion Laboratory, eine Bundesbehörde, die Luftfahrtforschung betrieben hat; und Allen F. Donovan von Ramo-Wooldridge, ein Luft- und Raumfahrtunternehmen.[11] Nach Anhörung von Beiträgen zu verschiedenen Designs empfahl das Mills-Komitee[wann?] Diese Entwicklung geht weiter mit dem Ziel, eine Atomraketen-Oberstufe für eine Interkontinentalrakete (ICBM). York gründete eine neue Abteilung in Livermore und Bradbury eine neue Abteilung namens N Division in Los Alamos unter der Leitung von Raemer Schreiber, um es zu verfolgen.[12] Im März 1956 wurde die Spezialwaffenprojekt der Streitkräfte (AFSWP), die für die Verwaltung des nationalen Nuklearwaffenvorrats zuständige Behörde, empfahl, den beiden Labors über einen Zeitraum von drei Jahren 100 Millionen US-Dollar für das Projekt der Nuklearraketenmotoren bereitzustellen, um Machbarkeitsstudien und den Bau von Testanlagen durchzuführen.[13]

Eger V. Murphree und Herbert Loper Bei der Atomenergiekommission (AEC) waren vorsichtiger. Das Atlas-Rakete Das Programm verlief gut und hätte bei Erfolg eine ausreichende Reichweite, um die Ziele in den meisten Ländern zu erreichen Sovietunion. Gleichzeitig wurden Atomsprengköpfe kleiner, leichter und mächtiger. Die Argumente für eine neue Technologie, die über größere Entfernungen schwerere Nutzlasten versprach, schienen daher schwach. Die Atomrakete hatte jedoch einen politischen Patron im Senator erhalten Clinton P. Anderson von New-Mexiko (wo sich LASL befand), der stellvertretende Vorsitzende der Gemeinsamer Ausschuss für Atomenergie des Kongresses der Vereinigten Staaten (JCAE), der von Neumann, Bradbury und Ulam nahe stand. Es gelang ihm, die Finanzierung zu sichern.[13][wann?]

Alle Arbeiten an der Atomrakete wurden in Los Alamos konsolidiert, wo sie den Codenamen erhielt Projekt Rover;; Livermore wurde die Verantwortung für die Entwicklung des Atomkraftwerks übertragen Ramjet, der den Codenamen hatte Projekt Pluto.[14] Projekt Rover wurde von einem geleitet aktiver Dienst Luftwaffe der Vereinigten Staaten (USAF) Offizier abgeordnet an die AEC, Oberstleutnant Harold R. Schmidt. Er war einem anderen abgeordneten USAF-Offizier verantwortlich, Oberst Jack L. Armstrong, der auch für Pluto und die zuständig war Systeme für nukleare Hilfsenergie (SNAP) Projekte.[15]

Projekt Rover

Designkonzepte

Grundsätzlich ist das Design eines nukleare thermische Rakete Motor ist ganz einfach: a Turbopumpe würde erzwingen Wasserstoff durch ein Kernreaktor das würde es auf sehr hohe Temperaturen erwärmen. Komplizierende Faktoren waren sofort erkennbar. Das erste war, dass ein Mittel gefunden werden musste, um die Reaktortemperatur und die Leistungsabgabe zu steuern. Das zweite war, dass ein Mittel entwickelt werden musste, um das Treibmittel zu halten. Das einzige praktische Mittel zur Speicherung von Wasserstoff war in flüssiger Form, und dies erforderte Temperaturen unter 20 ° C.K. (−253.2 ° C.). Das dritte war, dass der Wasserstoff auf eine Temperatur von etwa 2.500 K (2.230 ° C) erhitzt werden würde und Materialien erforderlich wären, die sowohl solchen Temperaturen standhalten als auch Korrosion durch Wasserstoff widerstehen könnten.[16]

Für den Kraftstoff Plutonium-239, Uran-235 und Uran-233 wurden in Betracht gezogen. Plutonium wurde verworfen, da es zwar leicht Verbindungen bildet, jedoch keine so hohen Temperaturen wie Uran erreichen konnte. Uran-233 ist im Vergleich zu Uran-235 etwas leichter und weist eine höhere Anzahl von Neutronen pro auf Spaltereignisund a hat eine hohe Spaltwahrscheinlichkeit, aber seine radioaktiven Eigenschaften erschweren die Handhabung, und auf jeden Fall war es nicht ohne weiteres verfügbar.[17][18] Bei den Strukturmaterialien im Reaktor fiel die Wahl auf Graphit oder Metalle.[17] Von den Metallen Wolfram trat als Vorreiter auf, aber Wolfram war teuer, schwer herzustellen und hatte unerwünschte neutronische Eigenschaften. Um seine neutronischen Eigenschaften zu umgehen, wurde die Verwendung vorgeschlagen Wolfram-184, das keine Neutronen absorbiert.[19] Andererseits war Graphit billig, wird bei Temperaturen bis zu 3.300 K (3.030 ° C) tatsächlich stärker und erhaben anstatt bei 3.900 K (3.630 ° C) zu schmelzen. Daher wurde Graphit gewählt.[20]

Zur Steuerung des Reaktors wurde der Kern von umgeben Trommeln steuern beschichtet mit Graphit oder Beryllium (ein Neutronenmoderator) auf einer Seite und Bor (ein Neutronengift) auf dem anderen. Die Leistung des Reaktors könnte durch Drehen der Trommeln gesteuert werden.[21] Um den Schub zu erhöhen, reicht es aus, den Treibmittelfluss zu erhöhen. Wasserstoff, ob in reiner Form oder in einer Verbindung wie Ammoniak, ist ein effizienter Kernmoderator, und eine Erhöhung des Flusses erhöht auch die Reaktionsgeschwindigkeit im Kern. Diese erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit gleicht die durch den Wasserstoff bereitgestellte Kühlung aus. Wenn sich der Wasserstoff erwärmt, dehnt er sich außerdem aus, sodass im Kern weniger Wärme abgeführt werden kann und die Temperatur abflacht. Diese gegensätzlichen Effekte stabilisieren die Reaktivität und ein Kernraketenmotor ist daher natürlich sehr stabil, und der Schub kann leicht durch Variieren des Wasserstoffstroms gesteuert werden, ohne die Steuertrommeln zu wechseln.[22]

LASL erstellte eine Reihe von Designkonzepten mit jeweils eigenem Codenamen: Onkel Tom, Onkel Tung, Bloodhound und Shish.[23] Bis 1955 hatte es sich auf 1.500 niedergelassen MW Design namens Old Black Joe. 1956 wurde dies zur Grundlage eines 2.700-MW-Entwurfs, der die obere Stufe eines ICBM bilden sollte.[17]

Teststelle

Montage- und Demontageanlage für Motorwartung (E-MAD)

Kernreaktoren für Project Rover wurden im LASL Technical Area 18 (TA-18) gebaut, der auch als Pajarito-Standort bekannt ist. Die Reaktoren wurden vor dem Versand an mit sehr geringer Leistung getestet Jackass Flats in dem Nevada Test Site. Die Prüfung von Brennelementen und anderen Materialwissenschaften wurde von der LASL N Division bei TA-46 unter Verwendung verschiedener Öfen und später des Kernofens durchgeführt.[24]

Die Arbeiten an den Testeinrichtungen in Jackass Flats begannen Mitte 1957. Alle Materialien und Vorräte mussten von gebracht werden Las Vegas. Testzelle A bestand aus einer Farm von Wasserstoffgasflaschen und einer 1 Meter dicken Betonwand, um die elektronischen Instrumente vor der vom Reaktor erzeugten Strahlung zu schützen. Das Kontrollraum war 3,2 Kilometer entfernt. Der Reaktor wurde mit seiner Wolke in der Luft getestet, damit radioaktive Produkte sicher abgeführt werden konnten.[17]

Das Reaktorwartungs- und Demontagegebäude (R-MAD) war in vielerlei Hinsicht typisch heiße Zelle von der Atomindustrie verwendet, mit dicken Betonwänden, Bleiglas Sichtfenster und Fernmanipulationsarme. Es war nur wegen seiner Größe außergewöhnlich: 76 Meter lang, 43 Meter lang und 19 Meter hoch. Dadurch konnte der Motor in einem Eisenbahnwagen ein- und ausgefahren werden.[17]

Die "Jackass and Western Railroad", wie sie unbeschwert beschrieben wurde, galt als die kürzeste und langsamste Eisenbahn der Welt.[25] Es gab zwei Lokomotiven, die ferngesteuerte elektrische L-1 und die diesel / elektrische L-2, die manuell gesteuert wurde, aber eine Strahlenabschirmung hatte Taxi.[17] Ersteres wurde normalerweise verwendet; Letzteres wurde als Backup bereitgestellt.[26] Bauarbeiter waren in untergebracht Merkur, Nevada. Später wurden 30 Wohnwagen zu Jackass Flats gebracht, um ein Dorf namens "Boyerville" nach dem Vorgesetzten Keith Boyer zu gründen. Die Bauarbeiten wurden im Herbst 1958 abgeschlossen.[17] Die NASA plante, bis 1967 eine Gemeinschaft von 2.700 Menschen mit 800 Wohnungen und einem eigenen Einkaufskomplex aufzubauen.[27]

Organisation

Transfer zur NASA

Präsident John F. Kennedy (rechts) besucht die Nuclear Rocket Development Station am 8. Dezember 1962 mit Harold Finger (links) und Glenn Seaborg (hinter)

Bis 1957 lief das Atlas-Raketenprojekt gut, und die Notwendigkeit einer nuklearen Oberstufe war so gut wie verschwunden.[28] Am 2. Oktober 1957 schlug die AEC vor, ihr Budget zu kürzen.[29] Zwei Tage später startete die Sowjetunion Sputnik 1, der erste künstliche Satellit. Dieser überraschende Erfolg löste weltweit Ängste und Vorstellungen aus. Es zeigte, dass die Sowjetunion in der Lage war, Atomwaffen über interkontinentale Entfernungen zu liefern, und bestritt die geschätzten amerikanischen Vorstellungen von militärischer, wirtschaftlicher und technologischer Überlegenheit.[30] Dies fällte die Sputnik-Kriseund löste die Weltraumrennen.[31] Präsident Dwight D. Eisenhower antwortete mit der Erstellung der Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde (NASA), die die NACA absorbierte.[32]

NACA war seit langem an Nukleartechnologie interessiert. 1951 hatte sie begonnen, die Möglichkeit des Erwerbs eines eigenen Kernreaktors für die EU zu prüfen Flugzeug-Nuklearantrieb (ANP) -Projekt und wählte sein Lewis Flight Propulsion Laboratory im Ohio zu entwerfen, zu bauen und zu verwalten. Bei den nahe gelegenen Plum Brook Ordnance Works wurde ein Standort ausgewählt.[33] NACA erhielt die Genehmigung der AEC und den Bau der Plum Brook Reaktor begann im September 1956.[34] Abe Silverstein, der Direktor von Lewis, war besonders bemüht, die Kontrolle über Project Rover zu erlangen.[35]

Donald A. Quarles, das Stellvertretender Verteidigungsminister, getroffen mit T. Keith Glennan, der neue Administrator der NASA, und Hugh DrydenGlennans Stellvertreter am 20. August 1958,[35] an dem Tag, an dem sie nach Glennan und Dryden im Amt vereidigt wurden Weißes Haus,[36] und Rover war der erste Punkt auf der Tagesordnung. Quarles war bestrebt, Rover an die NASA zu übertragen, da das Projekt keinen militärischen Zweck mehr hatte.[15] Die Verantwortung für die nichtnuklearen Komponenten von Project Rover wurde am 1. Oktober 1958 offiziell von der United States Air Force (USAF) auf die NASA übertragen.[37] der Tag, an dem die NASA offiziell einsatzbereit war und die Verantwortung für das zivile US-Raumfahrtprogramm übernahm.[38]

Space Nuclear Propulsion Office

Project Rover wurde ein gemeinsames NASA-AEC-Projekt.[37] Silverstein, den Glennan nach Washington DC gebracht hatte, um das Raumfahrtprogramm der NASA zu organisieren,[39] ernannt Harold Finger Überwachung der Entwicklung von Atomraketen als Leiter des NASA-Büros für Weltraumreaktoren.[15] Anderson hatte Zweifel an Fingers Eignung für den Job. Er hatte das Gefühl, dass Finger keine Begeisterung dafür hatte. Glenn traf sich am 13. April 1959 mit Anderson und überzeugte ihn, dass Finger einen guten Job machen würde.[40] Am 29. August 1960 gründete die NASA die Space Nuclear Propulsion Office (SNPO) zur Überwachung des Atomraketenprojekts.[41] Finger wurde zum Manager ernannt, mit Milton Klein von AEC als sein Stellvertreter.[42] Finger war auch Direktor für Nuklearsysteme im NASA-Büro für fortgeschrittene Forschung und Technologie.[43] Eine formelle "Vereinbarung zwischen der NASA und der AEC über das Management von Verträgen mit Nuklearraketenmotoren" wurde vom stellvertretenden Administrator der NASA unterzeichnet Robert Seamans und AEC General Manager Alvin Luedecke am 1. Februar 1961. Es folgte ein "Interinstitutionelles Abkommen über das Programm zur Entwicklung des Weltraum-Nuklearraketenantriebs (Project Rover)", das sie am 28. Juli 1961 unterzeichneten.[43] SNPO übernahm auch die Verantwortung für SNAP, wobei Armstrong Assistent des Direktors der Reaktorentwicklungsabteilung bei AEC wurde und Oberstleutnant G. M. Anderson, ehemals SNAP-Projektleiter im aufgelösten ANP-Büro, Chef der SNAP-Abteilung in der neuen Abteilung wurde.[42] Es stellte sich bald heraus, dass es erhebliche kulturelle Unterschiede zwischen der NASA und der AEC gab.[15]

Die Forschungsanlage für Hochenergie-Raketentriebwerke (B-1) (links) und die Einrichtung für Dynamik und Kontrolle von Nuklearraketen (B-3) (rechts) bei der NASA Plum Brook Station im Sandusky, Ohiowurden in den frühen 1960er Jahren gebaut, um Flüssigwasserstoff-Kraftstoffsysteme in vollem Umfang unter simulierten Höhenbedingungen zu testen.

Das SNPO-Hauptquartier befand sich zusammen mit dem AEC-Hauptquartier in Germantown, Maryland.[41] Finger gründete Niederlassungen in Albuquerque, New Mexico, (SNPO-A), um mit LASL zusammenzuarbeiten, und in Cleveland, Ohio(SNPO-C) zur Koordinierung mit dem Lewis Research Center, das im Oktober 1961 aktiviert wurde. Im Februar 1962 gab die NASA die Einrichtung der Nuclear Rocket Development Station (NRDS) in Jackass Flats bekannt, und im Juni wurde eine SNPO-Niederlassung eingerichtet in Las Vegas (SNPO-N), um es zu verwalten. Ende 1963 befanden sich 13 NASA-Mitarbeiter im SNPO-Hauptquartier, 59 im SNPO-C und 30 im SNPO-N.[43] Die SNPO-Mitarbeiter waren eine Kombination aus NASA- und AEC-Mitarbeitern, deren Aufgaben die Planung und Bewertung von Programmen und Ressourcen, die Begründung und Verteilung von Programmressourcen, die Definition und Kontrolle der allgemeinen Programmanforderungen, die Überwachung und Berichterstattung über Fortschritte und Probleme an das NASA- und AEC-Management umfassten und die Vorbereitung des Zeugnisses zu Kongress."[44]

Finger forderte Angebote der Industrie für die Entwicklung des Kernmotors für Raketenfahrzeuganwendungen (NERVA) auf der Grundlage des von LASL entwickelten Kiwi-Motors.[45] Die Auszeichnung war für den 1. März 1961 geplant, damit die Entscheidung, fortzufahren, vom Eingehenden getroffen werden konnte Kennedy-Administration.[46][47] Acht Unternehmen haben Angebote eingereicht: Aerojet, Douglas, Glenn L. Martin, Lockheed, nordamerikanisch, Rocketdyne, Thiokol und Westinghouse. Ein gemeinsames NASA-AEC-Board bewertete die Angebote. Das Angebot von North American wurde als das beste Angebot insgesamt bewertet, aber Westinghouse und Aerojet hatten überlegene Angebote für den Reaktor bzw. den Motor, wenn sie getrennt betrachtet wurden.[48] Nachdem Aerojet NASA-Administrator versprochen hatte James E. Webb Webb sprach mit dem Auswahlgremium und sagte ihnen, dass er sich zwar nicht auf ihre Entscheidung auswirken wolle, Nordamerikaner jedoch zutiefst engagiert sei Projekt Apollound das Board könnte erwägen, andere Gebote zu kombinieren.[49] Am 8. Juni gab Webb bekannt, dass Aerojet und Westinghouse ausgewählt wurden.[47] Aerojet wurde der Hauptauftragnehmer mit Westinghouse als Hauptauftragnehmer.[50] Beide Unternehmen rekrutierten aggressiv, und bis 1963 beschäftigte Westinghouse 1.100 Mitarbeiter bei NERVA.[48]

Im März 1961 Präsident John F. Kennedy kündigte die Einstellung des Flugzeug-Atomantriebsprojekts an, als der Plum Brook-Reaktor der NASA kurz vor der Fertigstellung stand.[51] und eine Zeitlang schien es, dass NERVA bald folgen würde. Die NASA schätzte ihre Kosten auf 800 Millionen US-Dollar (obwohl die AEC damit rechnete, dass sie viel geringer ausfallen würden).[52] und das Büro des Haushalts argumentierte, dass NERVA nur im Zusammenhang mit einer bemannten Mondlandung oder Flügen weiter in die USA sinnvoll sei Sonnensystem, zu denen keiner die Verwaltung verpflichtet hatte. Dann, am 12. April, startete die Sowjetunion Yuri Gagarin in die Umlaufbahn auf Wostok 1und demonstrieren erneut ihre technologische Überlegenheit. Einige Tage später startete Kennedy die Katastrophe Invasion der Schweinebucht von Kuba, was zu einer weiteren Demütigung für die Vereinigten Staaten führt.[53] Am 25. Mai sprach er a gemeinsame Sitzung des Kongresses. "Erstens", verkündete er, "glaube ich, dass sich diese Nation dazu verpflichten sollte, vor Ablauf dieses Jahrzehnts das Ziel zu erreichen, einen Mann auf dem Mond zu landen und ihn sicher auf die Erde zurückzubringen." Anschließend fuhr er fort: "Zweitens werden zusätzliche 23 Millionen Dollar zusammen mit bereits verfügbaren 7 Millionen Dollar die Entwicklung der Rover-Atomrakete beschleunigen. Dies verspricht, eines Tages ein Mittel für eine noch aufregendere und ehrgeizigere Erforschung des Weltraums bereitzustellen , vielleicht jenseits des Mondes, vielleicht bis zum Ende des Sonnensystems. "[54]

Reaktor-In-Flight-Test (RIFT)

Holzmodell eines NERVA-Motors am Motorinstallationsfahrzeug (EIV) in der Nähe des E-MAD

Der SNPO hat sich für die NERVA ein Ziel von 99,7 Prozent Zuverlässigkeit gesetzt, was bedeutet, dass der Motor nicht mehr als dreimal pro tausend Starts wie vorgesehen funktioniert. Um dies zu erreichen, schätzten Aerojet und Westinghouse, dass sie 6 Reaktoren, 28 Triebwerke und 6 RIFT-Flüge (Reactor In-Flight Test) benötigen würden. Sie planten 42 Tests, deutlich weniger als die 60 Tests, die der SNPO für erforderlich gehalten hatte.[48] Im Gegensatz zu anderen Aspekten von NERVA lag RIFT ausschließlich in der Verantwortung der NASA.[55] Die NASA hat die Verantwortung für RIFT an delegiert Wernher von Braun's Marshall Space Flight Center (MSFC) in Huntsville, Alabama.[48] Von Braun gründete ein Büro für Projekte für Nuklearfahrzeuge bei MSFC unter der Leitung von Colonel Scott Fellows, einem USAF-Offizier, der an ANP gearbeitet hatte.[56]

Zu dieser Zeit war die NASA mit der Planung der Mondlandemission beschäftigt, zu deren Durchführung Kennedy sie aufgefordert hatte. Dafür wurden verschiedene berücksichtigt Booster Konzepte, einschließlich was wurde die Saturn Familie und je größer Nova. Dies waren chemische Raketen, obwohl nukleare Oberstufen auch für Nova in Betracht gezogen wurden.[57] Der Dezember 1959 Silverstein-Komitee hatte die Konfiguration der Saturn-Trägerrakete definiert,[58] einschließlich der Verwendung von flüssigem Wasserstoff als Brennstoff für die oberen Stufen.[59] In einem Papier von 1960 schlug Schmidt vor, die oberen Stufen durch nukleare NERVA-Stufen zu ersetzen. Dies würde die gleiche Leistung wie Nova liefern, jedoch für die Hälfte der Kosten. Er schätzte die Kosten für ein Pfund Nutzlast in die Mondumlaufbahn auf 1.600 USD für einen rein chemischen Saturn, 1.100 USD für Nova und 700 USD für einen chemisch-nuklearen Saturn.[60] MSFC hat einen Studienvertrag für einen RIFT mit NERVA als Oberstufe von a Saturn C-3, aber der C-3 wurde bald darauf durch den stärkeren C-4 und schließlich den C-5 ersetzt, der zum Saturn V..[61] Erst im Juli 1962 entschied sich die NASA nach langen Debatten endgültig Rendezvous der Mondumlaufbahn, die von Saturn V durchgeführt werden konnte, und Nova wurde aufgegeben.[62]

Nevada Test Site. XE Prime Motor vor dem Test bei ETS-1

Das RIFT-Fahrzeug würde aus einem bestehen S-IC erste Stufe, ein Dummy S-II mittlere Stufe mit Wasser gefüllt und eine S-N (Saturn-Nuclear) NERVA obere Stufe. Für eine tatsächliche Mission würde eine echte S-II-Stufe verwendet. Die S-N-Bühne sollte von Lockheed in einem lenkbaren Hangar gebaut werden, den die NASA bei erworben hatte Moffet Field im Sunnyvale, Kalifornienund bei der NASA versammelt Mississippi Test Facility. Die SNPO plante den Bau von zehn S-N-Stufen, sechs für Bodentests und vier für Flugtests. Starts sollten ab stattfinden Cape Canaveral. NERVA-Motoren würden in stoßfesten, wasserdichten Behältern auf der Straße transportiert, wobei die Steuerstangen eingerastet wären und Atomgift Drähte im Kern. Da es nicht radioaktiv wäre, könnte es ohne Abschirmung sicher transportiert und in die unteren Stufen gepaart werden.[61]

Das RIFT-Testfahrzeug wäre 111 Meter hoch, ungefähr so ​​groß wie der Saturn V; das Saturn C-5N Die Missionskonfiguration wäre mit 120 Metern noch größer, aber die 160 Meter (525 Fuß) Fahrzeugmontagegebäude (VAB) könnte es leicht aufnehmen. Im Flug würden die Giftdrähte gezogen und der Reaktor 121 Kilometer über dem Atlantik gestartet. Der Motor würde 1.300 Sekunden lang feuern und ihn auf eine Höhe von 480 Kilometern bringen. Es würde dann abgeschaltet und der Reaktor abgekühlt, bevor er auf den 3.200 Kilometer langen Atlantik trifft. NERVA wird nach vier erfolgreichen Tests als einsatzbereit angesehen.[61]

Zur Unterstützung von RIFT richtete LASL ein Rover-Flugsicherheitsbüro und SNPO ein Rover-Flugsicherheitspanel ein. Da RIFT forderte, dass bis zu vier Reaktoren in den Atlantik fallen sollten, versuchte LASL zu bestimmen, was passieren würde, wenn ein Reaktor mit mehreren tausend Stundenkilometern auf das Wasser trifft. Insbesondere, ob es kritisch werden oder explodieren würde, wenn es mit Meerwasser überflutet wird, ein Neutronenmoderator. Es gab auch Bedenken, was passieren würde, wenn es 3,2 Kilometer auf den Grund des Atlantiks sinken würde, wo es unter einem drückenden Druck stehen würde. Die möglichen Auswirkungen auf das Meeresleben und tatsächlich das Meeresleben dort unten mussten alle berücksichtigt werden.[63]

Der Hauptengpass im NERVA-Programm waren die Testeinrichtungen bei Jackass Flats. Testzelle C sollte 1960 fertiggestellt sein, aber NASA und AEC beantragten 1960 keine Mittel für zusätzliche Bauarbeiten, obwohl Anderson sie trotzdem zur Verfügung stellte. Dann gab es Bauverzögerungen, die Anderson zwangen, persönlich einzugreifen. Er übernahm die Rolle des De-facto-Bauleiters, wobei die AEC-Beamten ihm direkt Bericht erstatteten.[64]

Im August 1961 beendete die Sowjetunion das seit November 1958 geltende Atomtestmoratorium, weshalb Kennedy im September die US-Tests wieder aufnahm.[65] Mit einem zweiten Absturzprogramm am Teststandort in Nevada wurden die Arbeitskräfte knapp und es kam zu einem Streik. Als das endete, mussten sich die Arbeiter mit den Schwierigkeiten des Umgangs mit Wasserstoff auseinandersetzen, der durch mikroskopische Löcher austreten konnte, die andere Flüssigkeiten enthalten würden. Am 7. November 1961 verursachte ein kleiner Unfall eine gewaltsame Freisetzung von Wasserstoff. Der Komplex wurde schließlich 1964 in Betrieb genommen. SNPO plante den Bau eines 20.000-MW-Atomraketenmotors, so dass Boyer den Chicago Bridge & Iron Company konstruiere zwei gigantische 1.900.000 Liter (500.000 US-Gallonen) kryogene Speicherdewars. Ein Gebäude zur Wartung und Demontage des Motors (E-MAD) wurde hinzugefügt. Es hatte dicke Betonmauern und Schildschächte, in denen Motoren montiert und demontiert werden konnten. Es gab auch einen Motorprüfstand (ETS-1); zwei weitere waren geplant.[61]Im März 1963 wurden SNPO und MSFC in Betrieb genommen Laboratorien für Weltraumtechnologie (STL), um einen Bericht darüber zu erstellen, welche Art von Atomraketenmotor für mögliche Missionen zwischen 1975 und 1990 erforderlich wäre. Diese Missionen umfassten frühe interplanetare Rundreiseexpeditionen (EMPIRE) mit Besatzung, planetare Swingbys und Flybys sowie ein Mond-Shuttle. Die Schlussfolgerung dieses neunbändigen Berichts, der im März 1965 vorgelegt wurde, und einer Folgestudie war, dass diese Missionen mit einem 4.100-MW-Motor mit einem durchgeführt werden konnten spezifischer Impuls von 825 Sekunden (8,09 km / s). Dies war erheblich kleiner als ursprünglich für notwendig gehalten. Daraus entstand eine Spezifikation für einen 5.000-MW-Atomraketenmotor, der als NERVA II bekannt wurde.[66][67]

Motorentwicklung

Kiwi

Techniker in einem Vakuumofen im NASA Lewis 'Fabrication Shop bereiten eine Kiwi B-1-Düse zum Testen vor.

Die erste Phase von Project Rover, Kiwi, wurde nach Neuseeland benannt Kiwi Vogel.[17] Eine Kiwi kann nicht fliegen, und die Kiwi-Raketentriebwerke waren auch nicht dafür vorgesehen. Ihre Aufgabe war es, das Design zu verifizieren und das Verhalten der verwendeten Materialien zu testen.[20] Das Kiwi-Programm entwickelte eine Reihe nicht flugfähiger Testkernmotoren, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Technologie wasserstoffgekühlter Reaktoren lag.[68] In der Kiwi A-Testreihe, die zwischen Juli 1959 und Oktober 1960 durchgeführt wurde, wurden drei Reaktoren gebaut und getestet. Kiwi A wurde als Proof of Concept für Atomraketenmotoren als Erfolg gewertet. Es zeigte sich, dass Wasserstoff in einem Kernreaktor auf die für den Weltraumantrieb erforderlichen Temperaturen erhitzt und der Reaktor gesteuert werden konnte.[69]

Der nächste Schritt war die Testreihe Kiwi B, die am 7. Dezember 1961 mit Kiwi B1A begann. Dies war eine Entwicklung des Kiwi A-Motors mit einer Reihe von Verbesserungen. Der zweite Test der Serie, Kiwi B1B am 1. September 1962, führte zu extremen strukturellen Schäden am Reaktor, wobei die Komponenten des Brennstoffmoduls ausgeworfen wurden, als dieser auf volle Leistung hochgefahren wurde. Der anschließende Kiwi B4A-Test mit voller Leistung am 30. November 1962 sowie eine Reihe von Kaltflusstests ergaben, dass das Problem Vibrationen waren, die beim Erhitzen des Wasserstoffs induziert wurden, wenn der Reaktor auf volle Leistung gebracht wurde, die den Reaktor auseinander schüttelte (und nicht wann) es lief mit voller Kraft).[70] Im Gegensatz zu einem chemischen Motor, der nach einem katastrophalen Schaden wahrscheinlich in die Luft gesprengt worden wäre, blieb der Atomraketenmotor stabil und kontrollierbar, selbst wenn er bis zur Zerstörung getestet wurde. Die Tests zeigten, dass ein Atomraketenmotor im Weltraum robust und zuverlässig ist.[71]

Kennedy besuchte Los Alamos am 7. Dezember 1962, um sich über Project Rover zu informieren.[72] Es war das erste Mal, dass ein Präsident ein Atomwaffenlabor besuchte. Er brachte ein großes Gefolge mit Lyndon Johnson, McGeorge Bundy, Jerome Wiesner, Harold Brown, Donald Hornig, Glenn Seaborg, Robert Seamans, Harold Finger, Clinton Anderson, Howard Cannon und Alan Bible. Am nächsten Tag flogen sie zu Jackass Flats, was Kennedy zum einzigen Präsidenten machte, der jemals einen Atomteststandort besuchte. Project Rover hatte 1962 187 Millionen US-Dollar erhalten, und AEC und NASA forderten 1963 weitere 360 ​​Millionen US-Dollar. Kennedy machte auf die Haushaltsschwierigkeiten seiner Regierung aufmerksam und fragte, wie die Beziehung zwischen Project Rover und Apollo sei. Finger antwortete, dass es sich um eine Versicherungspolice handele, die in späteren Apollo- oder Post-Apollo-Missionen wie einer Basis auf dem Mond oder einer Mission zum Mars verwendet werden könne. Weisner, unterstützt von Brown und Hornig, argumentierte, wenn eine Marsmission nicht vor den 1980er Jahren stattfinden könne, könne RIFT auf die 1970er Jahre verschoben werden. Die Seeleute stellten fest, dass eine solche Haltung zur Sputnik-Krise und zu einem Verlust des amerikanischen Prestiges und Einflusses geführt hatte.[73]

Im E-MAD

Im Januar 1963 wurde Anderson Vorsitzender der Senatsausschuss der Vereinigten Staaten für Luft- und Raumfahrtwissenschaften. Er traf sich privat mit Kennedy, der sich bereit erklärte, eine zusätzliche Mittelzuweisung für RIFT zu beantragen, falls eine "schnelle Lösung" für das von Seaborg versprochene Kiwi-Vibrationsproblem umgesetzt werden könnte. In der Zwischenzeit berief Finger ein Treffen ein. Er erklärte, dass es keine "schnelle Lösung" geben würde. Er kritisierte die Managementstruktur von LASL und forderte LASL auf, a Projektmanagement Struktur. Er wollte, dass der Fall der Vibrationsprobleme gründlich untersucht und die Ursache definitiv bekannt wurde, bevor Korrekturmaßnahmen ergriffen wurden. Drei SNPO-Mitarbeiter (bei LASL als "drei blinde Mäuse" bekannt) wurden LASL zugewiesen, um sicherzustellen, dass seine Anweisungen ausgeführt wurden. Finger stellte ein Team von Vibrationsspezialisten aus anderen NASA-Zentren zusammen und führte zusammen mit Mitarbeitern von LASL, Aerojet und Westinghouse eine Reihe von "Cold Flow" -Reaktortests mit Brennelementen ohne spaltbares Material durch.[74][75] RIFT wurde im Dezember 1963 abgesagt. Obwohl seine Wiedereinsetzung häufig diskutiert wurde, trat es nie auf.[55]

Eine Reihe kleinerer Konstruktionsänderungen wurde vorgenommen, um das Vibrationsproblem anzugehen. Beim Kiwi B4D-Test am 13. Mai 1964 wurde der Reaktor automatisch gestartet und kurz mit voller Leistung ohne Vibrationsprobleme betrieben. Es folgte der Kiwi B4E-Test am 28. August, bei dem der Reaktor zwölf Minuten lang betrieben wurde, von denen acht mit voller Leistung betrieben wurden. Am 10. September wurde Kiwi B4E neu gestartet und zweieinhalb Minuten lang mit voller Leistung betrieben, was die Fähigkeit eines Atomraketenmotors demonstrierte, abgeschaltet und neu gestartet zu werden.[70] Im September wurden Tests mit einem Kiwi B4-Motor und PARKA, einem Kiwi-Reaktor, der zum Testen in Los Alamos verwendet wurde, durchgeführt. Die beiden Reaktoren wurden in einem Abstand von 4,9 m (16 ft), 2,7 m (9 ft) und 1,8 m (6 ft) betrieben, und es wurden Reaktivitätsmessungen durchgeführt. Diese Tests zeigten, dass Neutronen, die von einem Reaktor erzeugt wurden, zwar Spaltungen in einem anderen Reaktor verursachten, der Effekt jedoch vernachlässigbar war: 3, 12 und 24 Cent beziehungsweise. Die Tests haben gezeigt, dass Atomraketenmotoren wie häufig chemische Gruppen gruppiert werden können.[71][76][77]

NERVA NRX

NERVA Atomraketenmotor

SNPO wählte das Kiwi-B4-Kernraketen-Design mit 330.000 Newton (75.000 lbf) (mit einem spezifischen Impuls von 825 Sekunden) als Basis für das NERVA NRX (Nuclear Rocket Experimental). Während Kiwi ein Proof of Concept war, war NERVA NRX ein Prototyp eines kompletten Motors. Das bedeutete, dass es brauchen würde Aktuatoren die Trommeln drehen und den Motor starten, Kardanringe Zur Steuerung der Bewegung eine mit flüssigem Wasserstoff gekühlte Düse und eine Abschirmung zum Schutz von Motor, Nutzlast und Besatzung vor Strahlung. Westinghouse modifizierte die Kerne, um sie für Flugbedingungen robuster zu machen. Einige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten waren noch erforderlich. Die verfügbaren Temperatursensoren waren nur bis zu 1.980 K (1.710 ° C) genau und lagen weit unter den Anforderungen. Es wurden neue Sensoren entwickelt, die selbst in einer Umgebung mit hoher Strahlung auf 2.649 K (2.376 ° C) genau waren. Aerojet und Westinghouse versuchten, die Leistung jeder Komponente theoretisch vorherzusagen. Dies wurde dann mit der tatsächlichen Testleistung verglichen. Im Laufe der Zeit konvergierten die beiden, als mehr verstanden wurde. Bis 1972 konnte die Leistung eines NERVA-Motors unter den meisten Bedingungen genau vorhergesagt werden.[78]

Der erste Test eines NERVA-Triebwerks wurde am 24. September 1964 mit NERVA A2 durchgeführt. Aerojet und Westinghouse erhöhten die Leistung vorsichtig schrittweise auf 2 MW, 570 MW, 940 MW und liefen zuvor ein oder zwei Minuten auf jeder Ebene, um die Instrumente zu überprüfen schließlich auf volle Leistung bei 1.096 MW erhöht. Der Reaktor lief einwandfrei und musste erst nach 40 Sekunden abgeschaltet werden, da der Wasserstoff knapp wurde. The test demonstrated that NERVA had the designed specific impulse of 811 seconds (7.95 km/s); solid-propellant rockets have a maximum impulse of around 300 seconds (2.9 km/s) while chemical rockets with liquid propellant can seldom achieve more than 450 seconds (4.4 km/s). Executives at Aerojet and Westinghouse were so pleased they took out a full-page ad in the Wallstreet Journal with a picture of the test and the caption: "On to Mars!" The reactor was restarted on 15 October. Originally this was intended to test the nozzle, but that was dropped as it was close to its design maximum of 2,270 K (2,000 °C). Instead, the turbopump was tested. The engine was powered up to 40 MW, the control drums were locked in place, and the turbopump was used to keep the power steady at 40 MW. It worked perfectly. The computer simulations had been correct, and the whole project was ahead of schedule.[79][80]

ETS-1 at Test Cell C

The next test was of NERVA A3 on 23 April 1965. This test was intended to verify that the engine could be run and restarted at full power. The engine was operated for eight minutes, three and a half of them at full power, before the instruments indicated that too much hydrogen was going into the engine. EIN scram was ordered, but a coolant line became clogged. Power increased to 1,165 MW before the line unclogged, and the engine shut down gracefully. There were fears for the integrity of the tie rods that held the fuel clusters together. They were supposed to operate at 473 K (200 °C), with a maximum of 651 K (378 °C). The sensors recorded that they had reached 1,095 K (822 °C), which was their own maximum. Laboratory tests later confirmed that they might have reached 1,370 K (1,100 °C). There was also what appeared to be a hole in the nozzle, but this turned out to be soot. The robust engine was undamaged, so the test continued, and the engine was run for thirteen minutes at 1,072 MW. Once again, the test time was limited only by the available hydrogen.[79][80]

Testing of NASA's NERVA NRX/EST (Engine System Test) commenced on 3 February 1966.[81] The objectives were:

  1. Demonstrate the feasibility of starting and restarting the engine without an external power source.
  2. Evaluate the control system characteristics (stability and control mode) during startup, shutdown, cooldown and restart for a variety of initial conditions.
  3. Investigate the system stability over a broad operating range.
  4. Investigate the endurance capability of the engine components, especially the reactor, during transient and steady-state operation with multiple restarts.[82]

The NRX/EST was run at intermediate power levels on 3 and 11 February, with a full power (1,055 MW) test on 3 March, followed by engine duration tests on 16 and 25 March. The engine was started eleven times.[81] All test objectives were successfully accomplished, and NRX/EST operated for nearly two hours, including 28 minutes at full power. It exceeded the operating time of previous Kiwi reactors by nearly a factor of two.[82]

The next objective was to run the reactors for an extended length of time. The NRX A5 was started up on 8 June 1966, and run at full power for fifteen and a half minutes. During cooldown, a bird landed on the nozzle and was asphyxiated by the nitrogen or helium gas, dropping onto the core. It was feared that it might block the propellant lines or create uneven heating before being blown out again when the engine was restarted, so the Westinghouse engineers rigged a television camera and a vacuum hose, and were able to remove the bird while safely behind a concrete wall. The engine was restarted on 23 June and run at full power for another fourteen and a half minutes. Although there was severe corrosion, resulting in about $2.20 of reactivity lost, the engine could still have been restarted, but the engineers wanted to examine the core.[83][84]

An hour was now set as the goal for the NRX A6 test. This was beyond the capacity of Test Cell A, so testing now moved to Test Cell C with its giant dewars. NRX A5 was therefore the last test to use Test Cell A. The reactor was started on 7 December 1966, but a shutdown was ordered 75 seconds into the test due to a faulty electrical component. This was followed by a postponement due to inclement weather. NRX A6 was started up again on 15 December. It ran at full power (1,125 MW) with a chamber temperature of over 2,270 K (2,000 °C) and pressure of 4,089 kilopascals (593.1 psi), and a flow rate of 32.7 kilograms per second (4,330 lb/min). It took 75.3 hours to cool the reactor with liquid nitrogen. On examination, it was found that the beryllium reflector had cracked due to thermal stress. The test caused the abandonment of plans to build a more powerful NERVA II engine. If more thrust was required, a NERVA I engine could be run longer, or it could be clustered.[83][84]

NERVA XE

With the success of the A6 test, SNPO cancelled planned follow-on tests A7 and A8 and concentrated on completing ETS-1. All previous tests had the engine firing upwards; ETS-1 would permit an engine to be reoriented to fire downward into a reduced-pressure compartment to partly simulate firing in the vacuum of space. The test stand provided a reduced atmospheric pressure of about 6.9 kilopascals (1.00 psi) – equivalent to being at an altitude of 60,000 feet (18,000 m). This was done by injecting water into the exhaust, which created superheated steam that surged out at high speeds, creating a vacuum.[85][86]

NERVA control room

ETS-1 took longer for Aerojet to complete than expected, partly due to shrinking budgets, but also because of technical challenges. It was built from pure aluminum, which did not become radioactive when irradiated by neutrons, and there was a water spray to keep it cool. Rubber gaskets were a problem, as they tended to turn into goo in a radioactive environment; metal ones had to be used. The most challenging part was the exhaust ducts, which were required to handle much higher temperatures than their chemical rocket counterparts. The steel work was carried out by Allegheny Technologies, while the Air Preheater Company fabricated the pipes. The work required 54,000 kilograms (120,000 lb) of steel, 3,900 kilograms (8,700 lb) of welding wire and 10.5 kilometers (6.5 mi) of welds. During a test the 234 tubes would have to carry up to 11,000,000 litres (3,000,000 US gal) of water. To save money on cabling, Aerojet moved the control room to a bunker 240 meters (800 ft) away.[85]

The second NERVA engine, the NERVA XE, was designed to come as close as possible to a complete flight system, even to the point of using a flight-design turbopump. Components that would not affect system performance were allowed to be selected from what was available at Jackass Flats to save money and time, and a radiation shield was added to protect external components.[87] The test objectives included testing the use of ETS-1 at Jackass Flats for flight engine qualification and acceptance.[88] Total run time was 115 minutes, including 28 starts. NASA and SNPO felt that the test "confirmed that a nuclear rocket engine was suitable for space flight application and was able to operate at a specific impulse twice that of chemical rocket system[s]."[89] The engine was deemed adequate for Mars missions being planned by NASA. The facility was also deemed adequate for flight qualification and acceptance of rocket engines from the two contractors.[89]

The final test of the series was XE Prime. This engine was 6.9 meters (23 ft) long, 2.59 meters (8 ft 6 in) in diameter, and weighed approximately 18,144 kilograms (40,001 lb). It was designed to produce a nominal thrust of 246,663 newtons (55,452 lbf) with a specific impulse of 710 seconds (7.0 km/s). When the reactor was operating at full power, about 1,140 MW, the chamber temperature was 2,272 K (2,000 °C), chamber pressure was 3,861 kilopascals (560.0 psi), and the flow rate was 35.8 kilograms per second (4,740 lb/min), of which 0.4 kilograms per second (53 lb/min) was diverted into the cooldown system.[1] A series of experiments were carried out between of 4 December 1968 and 11 September 1969, during which the reactor was started 24 times,[86] and ran at full power for 1,680 seconds.[1]

Stornierung

At the time of the NERVA NRX/EST test, NASA's plans for NERVA included a visit to Mars by 1978, a permanent lunar base by 1981, and deep space probes to Jupiter, Saturn, and the outer planets. NERVA rockets would be used for nuclear "tugs" designed to take payloads from Niedrige Erdumlaufbahn (LEO) to larger orbits as a component of the later-named Space Transportation System, resupply several space stations in various orbits around the Earth and Moon, and support a permanent lunar base. The NERVA rocket would also be a nuclear-powered upper stage for the Saturn rocket, which would allow the upgraded Saturn to launch much larger payloads of up to 150,000 kg (340,000 lb) to LEO.[90][91][92][93]

1970 artist's concept illustrates the use of the Space Shuttle, Nuclear Shuttle, and Space Tug in NASA's Integrated Program.

Defending NERVA from its critics like Horning, the chairman of the President's Science Advisory Committee (PSAC), required a series of bureaucratic and political battles as the rising cost of the Vietnamkrieg put pressure on budgets. Congress defunded NERVA II in the 1967 budget, but President Johnson needed Anderson's support for his Medicare legislation, so on 7 February 1967 he provided the money for NERVA II from his own contingency fund.[94] Klein, who had succeeded Finger as head of the SNPO in 1967, faced two hours of questioning on NERVA II before the Hausausschuss für Wissenschaft und Astronautik. In the end, the committee cut the NASA budget. Defunding NERVA II saved $400 million, mainly in new facilities that would be required to test it. This time, AEC and NASA acquiesced, because the NRX A6 test had demonstrated that NERVA I could perform the missions expected of NERVA II.[95] The following year, Webb attempted to take money from NERVA I to pay for NASA overhead after Congress cut the NASA's budget to $3.8 billion. Johnson restored NERVA I's funding, but not NASA's.[96]

NERVA had plenty of proposed missions. NASA considered using Saturn V and NERVA on a "Grand Tour" of the Solar System. A rare alignment of the planets that occurs every 174 years occurred between 1976 and 1980, allowing a spacecraft to visit Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune. With NERVA, that spacecraft could weigh up to 24,000 kilograms (52,000 lb). This was assuming NERVA had a specific impulse of only 825 seconds (8.09 km/s); 900 seconds (8.8 km/s) was more likely, and with that it could place a 77,000-kilogram (170,000 lb) space station the size of Skylab into orbit around the Moon. Repeat trips to the Moon could be made with NERVA powering a nuclear shuttle. There was also of course the mission to Mars, which Klein diplomatically avoided mentioning,[97] knowing that, even in the wake of the Apollo 11 Moon landing, the idea was unpopular with Congress and the general public.[98]

Project Rover and NERVA budgets ($ millions) [99]
Program elementAECNASA
Kiwi21.9136.9
NERVA334.4346.5
RIFT19.1
Research and technology200.7138.7
NRDS operations75.319.9
Equipment obligations43.4
Einrichtungen82.830.9
Gesamt873.5567.7

Richard Nixon replaced Johnson as president 20 January 1969, and cost cutting became the order of the day. NASA program funding was somewhat reduced by Congress for the 1969 budget, shutting down the Saturn V production line and cancelling Apollo missions after Apollo 17,[100] but NERVA remained. Klein endorsed a plan whereby the Space Shuttle lifted a NERVA engine into orbit, then returned fuel and a payload. This could be repeated, as NERVA was restartable.[97][101] NERVA now needed the shuttle, but the shuttle did not need NERVA.[102] NERVA still had the steadfast support of Anderson and Cannon in the Senate, but Anderson was aging and tiring, and now delegated many of his duties to Cannon. NERVA received $88 million in Fiskaljahr (FY) 1970 and $85 million in FY 1971, with funds coming jointly from NASA and the AEC.[103]

Im Dezember 1970 wurde die Büro für Verwaltung und Haushalt recommended the cancellation of NERVA and Skylab, but Nixon was reluctant to do so, as their cancellation could cost up to 20,000 jobs, mostly in Kalifornien, a state that Nixon needed to carry in the Wahl 1972.[104] He decided to keep it alive at a low funding level, and cancel Apollo 17 stattdessen. The concern about Apollo 17 was about the political fallout if it failed rather than the cost, and this was ultimately addressed by postponing it to December 1972, after the election.[105] When Nixon tried to kill NERVA in 1971, Anderson and Margaret Chase Smith instead killed Nixon's pet project, the Boeing 2707 supersonic transport (SST). This was a stunning defeat for the president.[106] In the budget for FY 1972, funding for the shuttle was cut, but NERVA and Apollo 17 survived.[107] Although NERVA's budget request was only $17.4 million, Congress allocated $69 million; Nixon only spent $29 million of it.[103][ein]

In 1972, Congress again supported NERVA. A bi-partisan coalition headed by Smith and Cannon appropriated $100 million for the small NERVA engine that would fit inside the shuttle's cargo bay that was estimated to cost about $250 million over a decade. They added a stipulation that there would be no more reprogramming NERVA funds to pay for other NASA activities. The Nixon administration decided to cancel NERVA anyway. On 5 January 1973, NASA announced that NERVA was terminated. Staff at LASL and SNPO were stunned; the project to build a small NERVA had been proceeding well. Layoffs began immediately, and the SNPO was abolished in June.[108] After 17 years of research and development, Projects Nova and NERVA had spent about $1.4 billion, but NERVA had never flown.[109]

Post-NERVA research

Artist's impression of a bimodal nuclear thermal rocket

Im Jahr 1983 wurde die Strategische Verteidigungsinitiative ("Star Wars") identified missions that could benefit from rockets that are more powerful than chemical rockets, and some that could only be undertaken by more powerful rockets.[110] A nuclear propulsion project, SP-100, was created in February 1983 with the aim of developing a 100 KW nuclear rocket system. The concept incorporated a pebble-bed reactor, a concept developed by James R. Powell Bei der Brookhaven National Laboratory, which promised higher temperatures and improved performance over NERVA.[111] From 1987 to 1991 it was funded as a secret project codenamed Project Timber Wind, which spent $139 million.[112]

The proposed rocket was later expanded into a larger design after the project was transferred to the Space Nuclear Thermal Propulsion (SNTP) program at the Air Force Phillips Laboratory in October 1991. NASA conducted studies as part of its Weltraumforschungsinitiative (SEI) but felt that SNTP offered insufficient improvement over NERVA, and was not required by any SEI missions. The SNTP program was terminated in January 1994,[111] after $200 million was spent.[113]

An engine for interplanetare Reise from Earth orbit to Mars orbit, and back, was studied in 2013 at the MSFC with a focus on nuclear thermal rocket (NTR) engines.[114] Since NTRs are at least twice as efficient as the most advanced chemical engines, they allow quicker transfer times and increased cargo capacity. The shorter flight duration, estimated at 3–4 months with NTR engines,[115] compared to 8–9 months using chemical engines,[116] would reduce crew exposure to potentially harmful and difficult to Schild kosmische Strahlung.[117] NTR engines, like the Pewee of Project Rover, were selected in the Mars Design Reference Architecture (DRA).[118] Congress approved $125 million in funding for the development of nuclear thermal propulsion rockets on 22 May 2019.[119][120] On 19 October 2020, the Seattle-based firm Ultra Safe Nuclear Technologies delivered a NTR design concert to NASA employing high-assay low-enriched Uranium (HALEU) ZrC-encapsulated fuel particles as part of a NASA-sponsored NTR study managed by Analytical Mechanics Associates (AMA).[121][122]

Reactor test summary

ReaktorTest dateStartetDurchschnittlich
full power
(MW)
Time at
full power
(s)
Treibmittel
Temperatur
(chamber) (K)
Treibmittel
Temperatur
(exit) (K)
Kammer
Druck
(kPa)
Fließrate
(kg/s)
Vakuum
Spezifisch
Impuls
(s)
NERVA A2September 1964210964021192229400634.3811
NERVA A3April 1965310939902189>2400393033.3>841
NRX ESTFebruar 19661111448302292>2400404739.3>841
NRX A5Juni 1966211205802287>2400404732.6>841
NRX A6November 196721199362324062558415132.7869
XE PRIMEMarch 196928113716802267>2400380632.8>841

Quelle: [123]

Siehe auch

  • RD-0410, a Soviet nuclear thermal rocket engine
  • SNAP-10A, an experimental nuclear reactor launched into space in 1965
  • Project Prometheus, NASA nuclear generation of electric power 2003–2005

Fußnoten

  1. ^ Mit dem Congressional Budget and Impoundment Control Act of 1974, Congress would strip the president of this ability.[103]

Anmerkungen

  1. ^ ein b c Finseth 1991, pp. 117, C-2.
  2. ^ Robbins & Finger 1991, p. 2.
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Verweise

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