Het verkorten van de reistijd is belangrijk om bemande missies naar de rode planeet mogelijk te maken. En ondanks de controverse, zouden nucleaire raketten daar zomaar eens bij kunnen helpen.

Al een tijdje ligt er bij NASA een ambitieus plan om de plank. Tot op heden hebben alleen nog robots het Martiaanse landschap verkend. Maar ergens in de volgende decennia is het de beurt aan astronauten. Bij een bemand tripje naar Mars komt echter een boel kijken. Zo moeten wetenschappers en ingenieurs eerst een hele reeks technologische en veiligheidsobstakels overwinnen. Bovendien moeten astronauten geduld hebben, want een enkeltje naar de rode planeet duurt zo’n negen maanden. Maar NASA gaat nu onderzoeken of ze die reistijd ook kunnen verkorten.

Retourtje Mars
Reken maar uit. Alleen al een retourtje Mars neemt 18 maanden in beslag. En eenmaal op Mars gearriveerd, zouden astronauten meer dan een jaar moeten wachten op de volgende optimale planetaire uitlijning voor de terugreis. Het betekent dat een bemande missie naar Mars in zijn totaliteit meer dan drie jaar zal duren. En dat is volgens NASA eigenlijk te lang. Zo zou een dergelijke missie maximaal twee jaar in beslag mogen nemen, aldus het agentschap.

Nucleaire raketten
Om de duur van een bemande missie tot een minimum te beperken, gaat NASA nu onderzoeken of een door kernsplitsing aangedreven raketmotor uitkomst kan bieden. Het is een interessante keuze. Kernenergie heeft in veel landen namelijk tot verhitte discussies geleid. Maar als het aankomt op de voortstuwing van raketten, heeft het veel potentie. “Het gebruik van een nucleaire thermische raket zorgt voor een snellere transittijd, waardoor belangrijke risico’s voor astronauten worden verkleind,” zo schrijft NASA. “Het verkorten van de transittijd is een belangrijk onderdeel van menselijke missies naar Mars, aangezien langere reizen meer voorraden en robuustere systemen vereisen. Daarom willen we snellere en efficiëntere transporttechnologie ontwikkelen.”

Samenwerking met DARPA
Om dat voor elkaar te krijgen, heeft NASA onlangs een samenwerking aangekondigd met het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Zo zullen ze samenwerken aan het Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations, kortweg het DRACO-programma genoemd. Het doel van dit programma is om een door kernsplitsing aangedreven raketmotor te ontwikkelen en deze al in 2027 te testen. “NASA en DARPA hebben een lange geschiedenis,” zegt Pam Melroy van NASA. “De uitbreiding van ons partnerschap zal ons doel om mensen naar Mars te sturen een boost geven.”

Artistieke impressie van een DRACO-ruimtevaartuig, uitgerust met een nucleaire thermische raketmotor. Nucleaire thermische voortstuwingstechnologie zou kunnen worden gebruikt voor toekomstige bemande missies naar Mars. Afbeelding: DARPA

NASA en DARPA werkten eerder al samen aan de Saturn V-raketten, waarmee de eerste astronauten op de maan werden afgeleverd. Ook het onderhoud van robotten en het bijtanken van satellieten is in nauwe samenwerking gegaan. En nu komt daar een belangrijk project bij. “Het ruimtedomein is van cruciaal belang voor moderne handel, wetenschappelijke ontdekkingen en nationale veiligheid,” aldus Stefanie Tompkins van DARPA. “Het vermogen om grote vooruitgang te boeken in de ruimtetechnologie via het DRACO-programma zal essentieel zijn om materiaal efficiënter en sneller naar de maan te brengen – en uiteindelijk mensen naar Mars te transporteren.”

Hoe werkt het?
In een nucleaire thermische raketmotor wordt een splijtingsreactor gebruikt om extreem hoge temperaturen te genereren. Uraniumatomen splitsen uiteen in de kern en geven warmte af door splijting. De motor brengt de door de reactor geproduceerde warmte vervolgens over op een vloeibaar drijfgas (hoogstwaarschijnlijk waterstof). Dit fysieke proces verwarmt het drijfgas en zet het om in een gas, dat door een mondstuk wordt gedrukt om stuwkracht te produceren. En op die manier komt het ruimtevaartuig vooruit. Dergelijke door kernsplitsing aangedreven raketmotoren zijn een stuk efficiënter dan chemische raketten. Dat komt omdat eerstgenoemden veel energierijker, en daarmee mogelijk zelfs drie keer zo efficiënt, zijn.

Voordelen
Het gebruik van dergelijke thermische nucleaire raketmotoren heeft verschillende voordelen. Ten eerste kunnen ze de reistijd naar Mars mogelijk met wel 25 procent verkorten. Daarnaast beperkt het de blootstelling van astronauten aan kosmische straling. Bovendien hoeft er minder rekening met een optimale planetaire uitlijning gehouden te worden. Dit stelt astronauten in staat om in noodgevallen missies voortijdig af te breken en huiswaarts te keren.

Overigens zijn nucleaire voortstuwingssystemen niet nieuw. Sterker nog, ze staan al meer dan 60 jaar bij NASA op de radar. Halverwege de vorige eeuw werden er zelfs met succes een aantal door kernsplitsing aangedreven raketmotoren gebouwd en getest. En daar kan nu lering uit worden getrokken. Wel zijn er enkele essentiële veranderingen doorgevoerd. Zo wordt er voor de nieuwe generatie nucleaire raketten geen hoogverrijkt, maar laagverrijkt uranium gebruikt. Als extra veiligheidsregel is DARPA bovendien van plan om het systeem zo te ontwerpen dat de splijtingsreactie van de motor pas wordt ingeschakeld zodra deze de ruimte bereikt.

De komende tijd zal in het teken staan van onderzoek. Of het lukt om al over vier jaar een geavanceerde, nucleaire raket van de band te laten rollen, valt nog te bezien. Maar één ding is zeker, het heeft hoe dan ook de potentie om de ontsluiting van de ruimte te versnellen. NASA-baas Bill Nelson ziet de toekomst dan ook rooskleurig in. “Met behulp van deze nieuwe technologie kunnen astronauten sneller dan ooit tevoren de diepe ruimte in reizen,” zegt hij. “Dit is van groot belang voor toekomstige bemande missies naar Mars. Felicitaties aan zowel NASA als DARPA met deze opwindende investering om samen grote dromen te verwezenlijken.”