Уилл Серит, докторант в области ядерной инженерии в Пенсильванском университете, участвует в исследованиях, которые могут сделать эти достижения более осуществимыми. Он опубликовал результаты предварительного моделирования в Fusion Science and Technology, публикации Американского ядерного общества.
Чтобы лучше исследовать ядерную тепловую тягу, Сиррайт смоделировал небольшой лабораторный эксперимент, известный как водородная испытательная петля. Установка имитирует работу реактора в космосе, где поток водорода проходит через?ядро и приводит в движение ракету – при температуре почти до 2200 градусов по Фаренгейту.
Компания Searight разработала моделирование, используя размеры из подробных чертежей стяжных труб, компонентов, составляющих большую часть испытательного контура, через который протекает водород. Отраслевой партнер Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) предоставил чертежи.
«Понимание того, как компоненты USNC ведут себя в среде горячего водорода, имеет решающее значение для вывода наших ракет в космос», – сказал Сиррайт. «Мы очень рады работать с одним из основных подрядчиков реакторов для проекта НАСА по космической ядерной силовой установке, который стремится создать демонстрационный ядерный тепловой двигательный двигатель в течение десяти лет."
По рекомендации Ли Уинфри, доцента и кафедры программ бакалавриата по ядерной инженерии, Searight использовала ANSYS Fluent, программное обеспечение для моделирования, для создания контура моделирования из трубы из нержавеющей стали с внешним диаметром около двух дюймов.
В модели петля подключается к водородному насосу и обеспечивает циркуляцию горячего водорода через испытательную секцию, примыкающую к нагревательному элементу.
Searight обнаружил, что, хотя постоянный нагрев водорода до 2200 градусов по Фаренгейту был возможен, необходимо было включить нагревательный элемент непосредственно над испытательной секцией, чтобы предотвратить снижение нагрева. Данные, собранные с помощью программного обеспечения для моделирования, показали, что поток водорода через испытательную секцию был плавным и однородным, что уменьшало неравномерное распределение тепла по контуру, которое могло поставить под угрозу безопасность и срок службы установки.
Анализ результатов также подтвердил, что нержавеющая сталь позволит сделать петлю более удобной и экономичной.
«Мы рады сделать первые шаги в разработке уникальной возможности моделирования экстремальных условий окружающей среды в Пенсильвании», – сказал Уинфри. "Эта предварительная работа позволит нам продолжить исследования, которые могут иметь большое влияние на будущее освоения космоса."
При дальнейших исследованиях предварительная работа Searight может позволить расширить испытания материалов, которые однажды могут быть реализованы для создания более быстрых и эффективных космических путешествий с использованием ракет на реакторном топливе.
Недавно Searight получил награду George P. Шульц и Джеймс В. Стипендия Беренса от ANS.
Searight будет использовать награду для поддержки своей будущей работы над испытательным циклом. Стипендия в размере 3000 долларов предназначена для Шульца, защитника ядерного нераспространения и обладателя президентской медали свободы, умершего в феврале, и Беренса, бывшего члена совета директоров ANS, который занимал многочисленные должности в секторе национальной безопасности.
Контракт NASA Small Business Innovation Research поддержал эту работу.