Haziran 1994'te Indianapolis'te toplanan 30. Ortak İtki Konferansı'nda NASA Lewis Araştırma Merkezi'nden Stanley Borowski ile Aerojet'ten dört mühendis bir bildiri sundu. Uranyum çekirdekli bir reaktörün ısıttığı hidrojenin lülesine sıvı oksijen püskürtmeyi öneriyorlardı.1 Kimyasal yanmayı nükleer roketin içine taşıyacaklardı, ama reaktörün hiç değmediği bir noktaya.
Kâğıt üzerinde bu birleşme mümkün. Zorluk, karbonlu ya da oksijenli bir maddenin reaktörün içine girdiği anda başlıyor.
- Nükleer roketin içinde neden hiçbir şeyin yanmadığı ve 1969'daki yer testinin hangi verime ulaştığı.
- Oksijenin neden reaktöre değil, lülenin geniş ağzına püskürtülmesi gerektiği.
- Mars havasındaki karbondioksiti roket gazı yapma planının reaktör çekirdeğinden neler istediği.
- Saf hidrojenin bile NERVA yakıt elemanlarından kaç gram kopardığı.
Reaktör yakmaz, ısıtır
Kimyasal roket, yakıtı oksitleyiciyle yakar ve ısıyı bu tepkimeden alır. Nükleer termal roketin içinde ise hiçbir şey yanmaz. Uranyum çekirdekleri reaktörde bölünür, açığa çıkan ısı yakıt elemanlarındaki ince kanallardan geçen hidrojeni 2.000 dereceyi aşan sıcaklıklara çıkarır ve gaz lüleden fırlar. Hidrojenin seçilme nedeni basit: aynı sıcaklıkta en hafif molekül en hızlı çıkar.
Bu verim özgül itkiyle ölçülür. Saniye cinsinden verilen sayı, 1 kilo itici gazın 1 kilogramlık ağırlığı taşıyacak kadar itkiyi kaç saniye sürdürebildiğini söyler. ABD'nin Nevada'daki Jackass Flats test sahasında Aralık 1968 ile Eylül 1969 arasında denenen XE-Prime motoru 28 kez çalıştırıldı ve toplam 115 dakika çalıştı. NASA'nın tarihçesine göre motor, kimyasal roketlerin iki katı özgül itkiyle çalışabildiğini gösterdi.2 Program raporu bu değeri vakum karşılığı olarak en az 841 saniye diye veriyor.3
Bedel itkide ödeniyordu. Hidrojen çok hafif olduğu için motor görece zayıf iter ve depolar kocaman olur. Borowski'nin hesabında sıvı hidrojenin yoğunluğu metreküpte yalnızca 71 kilo, ay aracının deposu da 10 metre çapa yaklaşıyor.1
Oksijen lülenin geniş ağzına
Borowski'nin ekibi bu itki açığını kapatmak istiyordu. Önerilerinde oksijen reaktöre girmiyor. Lülenin en dar noktası olan boğazın ötesine, gazın sesten hızlı aktığı geniş bölüme püskürtülüyor ve orada sıcak hidrojenle yanıyor. Bildiri bunu "tersine çalışan scramjet" diye tarif ediyor; scramjet, havayı sesten hızlı akarken yakan jet motorunun adı. Kavrama LANTR dendi, yani oksijen takviyeli nükleer termal roket.1
Oksijenin hidrojene oranı sıfırdan yediye çıktıkça hesaplanan özgül itki 940 saniyeden 515 saniyeye iniyor. Aynı aralıkta motorun itkisinin kendi ağırlığına oranı 3'ten 13'e çıkıyor.4 Oran 3'teyken 15 bin libre kuvvetlik iki motorun toplam itkisi 2,75 katına, yaklaşık 82.500 libreye yükseliyor. Özgül itki 647 saniyede kalıyor ve bildiriye göre bu değer oksijen-hidrojen yakan kimyasal motorlardan hâlâ 200 saniye yüksek.1
Oksijeni reaktörden önce katmak da düşünülmüştü. Kingsbury 1977'de oksijeni sıradan bir roketteki gibi boğazdan önceki yavaş akışa vermeyi önermişti. Borowski'nin ekibi buna iki itiraz yazdı. Boğazdan önce eklenen kütle ve ısı odadaki basıncı yükseltir, reaktör iki ayrı basınçta çalışmak zorunda kalır. Sıcak hidrojene dayansın diye seçilen malzemeler de oksijene karşı zayıf.1 Boğazdan sonra giren oksijen reaktöre ulaşamıyor.
Fikir bir kez de ateşleme deneyinde sınandı. Aerojet'ten Melvin Bulman ve ekibi, gerçek reaktör kullanmadan, sıcak hidrojen akışını taklit eden bir düzenekte 25'e 1 alan oranlı bir lüleye oksijen verdi. İtki en fazla yüzde 43 kadar arttı. Püskürtülen oksijenin yalnızca yüzde 43 ile 53'ü lülenin içinde yandı ve fotoğraflar yanmanın lüle ağzının dışında da sürdüğünü gösterdi. Ekip, karışmaya ve yanmaya daha çok boy bırakan 50'ye 1'lik bir lüleyle sonucun iyileşmesini bekliyordu.5
Karbon reaktöre girerse
Karbonlu bir maddeyi doğrudan reaktörden geçirmek ise bambaşka bir mühendislik sorunu. Robert Zubrin 1991'de, Mars atmosferinin yüzde 95'ini oluşturan karbondioksiti sıkıştırıp sıvılaştırarak reaktörde ısıtmayı önerdi. NIMF adını verdiği araç, gazı 2.800 kelvine ısıtınca 264 saniye özgül itki alacaktı.6 Bu, hidrojenle elde edilenin üçte birinden az. Yine de hesaba göre Mars yüzeyinden 250'ye 34.000 kilometrelik uzun bir yörüngeye çıkmaya yetiyordu.
Zubrin'in kendi tablosu bedeli de yazıyordu. Karbondioksit için oksit esaslı yeni yakıt elemanları geliştirmek gerekiyordu, çünkü NERVA tipi yakıt grafit ve karbürden yapılmıştı ve sıcak karbondioksit karbonu aşındırır. Su buharıyla özgül itki 350 saniyeye çıkıyor, metanla 500'lerin üst kısmına ulaşıyordu. Metanda ise karbonun kanallarda birikmesi, yani koklaşma, ayrıca not düşülmüş bir endişeydi.7
Hidrojenin kendisi de yakıtı aşındırıyor. NASA'nın yer testi derlemesine göre NERVA yakıt elemanlarında en büyük kayıp, sıcaklığın en yüksek değerin ancak yarısında kaldığı orta bölgede oldu. 1972'deki NF-1 testinde yaklaşık 90 dakikalık çalışma her yakıt elemanından 8 ila 50 gram kopardı. 1968'deki Pewee testinde zirkonyum karbür kaplı elemanlar, niyobyum karbür kaplılardan daha az aşındı.8
Fisyon ürünleri motoru bekletiyor
Uranyum bölündükçe geride fisyon ürünleri kalır ve bunların bazıları nötron yutar. Pewee'nin son çalışmasının ertesi günü, kısa ömürlü bir fisyon ürünü olan ksenon-135 o kadar birikmişti ki kontrol tamburları sonuna kadar çevrildiği halde reaktör yeniden kritik hale getirilemedi. Ksenonun neredeyse tamamı bir hafta sonra bozunmuştu.9 Uçacak bir motorun tasarımı, kapatmanın ardından yeniden çalıştırmanın zamanlamasını bu yüzden hesaba katmak zorunda.
Egzoz da ayrı bir konu. NF-1, egzozu önce filtreden geçirip hidrojeni ancak sonra yakan tek Rover/NERVA testiydi.8
Bu birleşmeyi uzayda deneyecek bir motor da şu an yok. DARPA ile NASA'nın yaklaşık 500 milyon dolarlık DRACO projesi, ilk nükleer termal roket motorunu 2027'de Dünya yörüngesinde çalıştırmayı hedefliyordu. DARPA projeyi 2025'te kapattı ve NASA'nın 2026 bütçe teklifi nükleer termal itki fonunu sıfırladı.10 DARPA'dan bir yetkili, kararın arkasında düşen fırlatma maliyetleri ve yeni analizler olduğunu söyledi.11 LANTR'ın deneyi de 2001'deki reaktörsüz ateşlemede kaldı. ABD'de nükleer termal roket reaktörünün ateşlendiği son test, 1972 yazında Nevada'da yapılan NF-1.8
Dipnotlar ve Kaynaklar
- Stanley K. Borowski, Robert R. Corban, Donald W. Culver, Melvin J. Bulman, Mel C. McIlwain (1994). "A Revolutionary Lunar Space Transportation System Architecture Using Extraterrestrial LOX-Augmented NTR Propulsion", NASA TM-106726 / AIAA-94-3343, 30. Ortak İtki Konferansı, Indianapolis. ntrs.nasa.gov ↩
- W. H. Robbins, H. B. Finger (1991). "An Historical Perspective of the NERVA Nuclear Rocket Engine Technology Program", NASA CR-187154. ntrs.nasa.gov ↩
- J. L. Finseth (1991). "Rover Nuclear Rocket Engine Program: Overview of Rover Engine Tests", Final Report, NASA Marshall Space Flight Center. ↩
- Stanley K. Borowski (1995). "Human exploration and settlement of the Moon using LUNOX-augmented NTR propulsion", AIP Conference Proceedings 324: 409. ntrs.nasa.gov ↩
- Melvin Bulman, D. Messitt, T. Neill, Stanley K. Borowski (2001). "High Area Ratio LOX-Augmented Nuclear Thermal Rocket (LANTR) Testing", 37. Ortak İtki Konferansı. doi:10.2514/6.2001-3369 ↩
- Robert M. Zubrin (1991). "The engineering of a nuclear thermal landing and ascent vehicle utilizing indigenous Martian propellant", AIP Conference Proceedings 217: 761. osti.gov ↩
- Robert Zubrin (1991). "Nuclear rocket using indigenous Martian fuel NIMF", Nuclear Thermal Propulsion: A Joint NASA/DOE/DOD Workshop, NASA Lewis Research Center. ntrs.nasa.gov ↩
- NASA Marshall Space Flight Center (2014). "Nuclear Thermal Propulsion Ground Test History". ntrs.nasa.gov ↩
- Harold P. Gerrish (2022). "Nuclear Thermal Propulsion Lessons Learned", NASA. ntrs.nasa.gov ↩
- Ars Technica (2025). "Some parts of Trump's proposed budget for NASA are literally draconian", Haziran 2025. arstechnica.com ↩
- Jeff Foust (2025). "DARPA says decreasing launch costs, new analysis led it to cancel DRACO nuclear propulsion project", SpaceNews, 2 Temmuz 2025. spacenews.com ↩
- Görseller: kapak, NERVA XE motoru test sehpasına taşınırken, Aralık 1967, AEC-NASA, kamu malı (GPN-2002-000143); Phoebus 2A testi, 1968, ABD federal hükümeti, kamu malı. İkisi de Wikimedia Commons. commons.wikimedia.org ↩
kafa1milyon
Meraklı bir kafa. Bilimsel makaleleri, arşiv belgelerini ve saha notlarını okuyup gündelik dile çeviriyor; bilinmeyeni bilinmiyor diye yazmaktan çekinmiyor.
