I sin jakt på uppdrag som tar oss tillbaka till månen, till mars, och vidare, NASA har utforskat ett antal nästa generations framdrivningskoncept. Medan befintliga koncept har sina fördelar – kemiska raketer har hög energitäthet och jonmotorer är mycket bränslesnåla – beror våra förhoppningar för framtiden på att vi hittar alternativ som kombinerar effektivitet och kraft.

För detta ändamål, forskare vid NASA:s Marshall Space Flight Center letar återigen efter att utveckla kärnraketer. Som en del av NASA:s Game Changing Development Program, projektet Nuclear Thermal Propulsion (NTP) skulle innebära skapandet av högeffektiva rymdfarkoster som skulle kunna använda mindre bränsle för att leverera tunga laster till avlägsna planeter, och på relativt kort tid.

Som Sonny Mitchell, projektet för NTP-projektet vid NASA:s Marshall Space Flight Center, sa i ett färskt pressmeddelande från NASA:

"När vi trycker ut i solsystemet, Nukleär framdrivning kan erbjuda det enda verkligt gångbara tekniska alternativet för att utöka mänsklig räckvidd till Mars yta och till världar bortom. Vi är glada över att arbeta med teknik som kan öppna djupa utrymmen för mänsklig utforskning."

För att se igenom detta, NASA har ingått ett samarbete med BWX Technologies (BWXT), ett Virginia-baserat energi- och teknikföretag som är en ledande leverantör av kärnkomponenter och bränsle till den amerikanska regeringen. För att hjälpa NASA att utveckla de nödvändiga reaktorerna som skulle stödja eventuella framtida besättningsuppdrag till Mars, företagets dotterbolag (BWXT Nuclear Energy, Inc.) tilldelades ett treårskontrakt värt 18,8 miljoner USD.

Under dessa tre år som de kommer att arbeta med NASA, BWXT kommer att tillhandahålla de tekniska och programmatiska data som behövs för att implementera NTP-teknik. Detta kommer att bestå av att de tillverkar och testar prototypbränsleelement och hjälper NASA att lösa eventuella kärnkraftslicenser och regulatoriska krav. BWXT kommer också att hjälpa NASA-planerare att ta itu med frågorna om genomförbarhet och överkomligt med deras NTP-program.

Som Rex D. Geveden, BWXT:s vd och verkställande direktör, sa om avtalet:

"BWXT är oerhört glad över att arbeta med NASA på detta spännande kärntekniska rymdprogram till stöd för Mars-uppdraget. Vi är unikt kvalificerade att designa, utveckla och tillverka reaktorn och bränslet för en kärnkraftsdriven rymdfarkost. Det här är en läglig tidpunkt att svänga in vår kapacitet på rymdmarknaden där vi ser långsiktiga tillväxtmöjligheter inom kärnkraft och ytkraft."

I en NTP-raket, uran- eller deuteriumreaktioner används för att värma flytande väte inuti en reaktor, omvandla det till joniserad vätgas (plasma), som sedan kanaliseras genom ett raketmunstycke för att generera dragkraft. En andra möjlig metod, känd som Nuclear Electric Propulsion (NEC), innebär att samma basreaktor omvandlar sin värme och energi till elektrisk energi som sedan driver en elektrisk motor.

I båda fallen, raketen är beroende av kärnklyvning för att generera framdrivning snarare än kemiska drivmedel, som har varit stöttepelaren för NASA och alla andra rymdorganisationer hittills. Jämfört med denna traditionella form av framdrivning, båda typerna av kärnkraftsmotorer erbjuder ett antal fördelar. Den första och mest uppenbara är den praktiskt taget obegränsade energitätheten den erbjuder jämfört med raketbränsle.

Detta skulle minska den totala mängden drivmedel som behövs, vilket minskar uppskjutningsvikten och kostnaderna för enskilda uppdrag. En kraftfullare kärnkraftsmotor skulle innebära minskade restider. Redan, NASA har uppskattat att ett NTP-system kan göra resan till Mars till fyra månader istället för sex, vilket skulle minska mängden strålning som astronauterna skulle utsättas för under sin resa.

För att vara rättvis, konceptet att använda kärnraketer för att utforska universum är inte nytt. Faktiskt, NASA har undersökt möjligheten till nukleär framdrivning utförligt under Space Nuclear Propulsion Office. Faktiskt, mellan 1959 och 1972, SNPO genomförde 23 reaktortester vid Nuclear Rocket Development Station vid AEC:s testplats i Nevada, i Jackass Flats, Nevada.

1963, SNPO skapade också programmet Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA) för att utveckla nukleär-termisk framdrivning för långväga besättningsuppdrag till månen och det interplanetära rymden. Detta ledde till skapandet av NRX/XE, en kärntermisk motor som SNPO certifierat att den uppfyller kraven för ett bemannat uppdrag till Mars.

Sovjetunionen genomförde liknande studier under 1960-talet, hoppas kunna använda dem på de övre stadierna av deras N-1-raket. Trots dessa ansträngningar, inga kärnvapenraketer har någonsin kommit i tjänst, på grund av en kombination av budgetnedskärningar, förlust av allmänintresse, och en allmän avveckling av rymdkapplöpningen efter att Apollo-programmet var klart.

Men med tanke på det nuvarande intresset för rymdutforskning, och ambitiöst uppdrag som föreslås till Mars och bortom, it seems that nuclear rockets may finally see service. One popular idea that is being considered is a multistage rocket that would rely on both a nuclear engine and conventional thrusters – a concept known as a "bimodal spacecraft". A major proponent of this idea is Dr. Michael G. Houts of the NASA Marshall Space Flight Center.

Under 2014, Dr. Houts conducted a presentation outlining how bimodal rockets (and other nuclear concepts) represented "game-changing technologies for space exploration". Som ett exempel, he explained how the Space Launch System (SLS) – a key technology in NASA's proposed crewed mission to Mars – could be equipped with chemical rocket in the lower stage and a nuclear-thermal engine on the upper stage.

In this setup, the nuclear engine would remain "cold" until the rocket had achieved orbit, at which point the upper stage would be deployed and the reactor would be activated to generate thrust. Other examples cited in the report include long-range satellites that could explore the outer solar system and Kuiper Belt and fast, efficient transportation for manned missions throughout the solar system.

The company's new contract is expected to run through Sept. 30th, 2019. At that time, the Nuclear Thermal Propulsion project will determine the feasibility of using low-enriched uranium fuel. Efter det, the project then will spend a year testing and refining its ability to manufacture the necessary fuel elements. If all goes well, we can expect that NASA's "Journey to Mars" might just incorporate some nuclear engines.