Dovezi ale vieții antice ar fi dispărut de pe Marte. NASA a dezvăluit cine ar fi fost „vinovatul”

Dovezi ale vieții antice ar fi dispărut din unele regiuni ale planetei Marte, arată un nou studiul al NASA.

Roverul Curiosity al agenției spațiale a făcut o descoperire surprinzătoare în timp ce investiga roci sedimentare bogate în argilă în jurul Craterului Gale, un fost lac care s-a format atunci când un asteroid a lovit Planeta Roșie în urmă cu 3,6 miliarde de ani.

Argila este un indicator bun al vieții pentru că este creată de obicei atunci când mineralele din roci dispar în urma contactului cu apa, un ingredient cheie al vieții. De asemenea, argila este un material excelent pentru depozitarea fosilelor microbiene.

Însă, atunci când roverul Curiosity a extras două mostre de argilit, o rocă sedimentară care conține argilă, din lacul secat, cercetătorii au descoperit că o mostră conținea doar jumătate din cantitatea așteptată de minerale de argilă. În schimb, cealaltă mostră conținea o cantitate mai mare de oxizii de fier, compușii care produc nuanța ruginie a planetei Marte.

Cine ar putea fi „vinovatul” pentru această dispariție geologică?

Oamenii de știință cred că „vinovatul” pentru această dispariție geologică ar fi saramura: apa extrem de sărată care s-a scurs în straturile de argilă bogate în minerale și le-a destabilizat.

„Credeam că odată aceste straturi de minerale de argilă s-au format pe fundul lacului din Craterul Gale, acestea au rămas așa, astfel conservându-se la momentul formării din urmă cu miliarde de ani. Însă, saramura a descompus aceste minerale de argilă în unele locuri, resetând în esență compoziția rocilor”, a explicat Tom Bristow, autor coordonator al studiului și cercetător la Centrul de Cercetare Ames al NASA din Mountain View, California.

Roverul și-a finalizat analiza prin forarea în straturile de rocă marțiană înainte să folosească instrumentul de chimie și mineralogie, cunoscută drept CheMin, pentru a investiga mostrele.

„Am aflat ceva foarte important”

Procesul de transformare chimică din sedimente este numit diageneză și ar fi putut crea o nouă viață sub suprafața planetei Marte chiar dacă a șters unele dovezi ale vechilor forme de viață de la suprafață.

Cercetările desfășurate de roverul Curiosity nu doar că au dezvăluit modul în care s-a schimbat clima marțiană, dar au ajutat roverul Perseverance să stabilească ce mostre de sol să colecteze astfel încât să-și crească șansele de a descoperi viața, potrivit Live Science.

„Am aflat ceva foarte important. Există unele locuri pe Marte care nu sunt atât de bune pentru păstrarea dovezilor vieții de pe planetă. Vestea bună este că putem folosi mineralogia pentru a afla unde să căutăm în continuare viața”, a precizat Ashwin Vasavada, om de știință la Jet Propulsion Laboratory al NASA.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Inginerii din Elveția au construit un rover care ar putea cuceri dealurile abrupte ale planetei Marte

Marte ar fi putut găzdui viață. Descoperirea făcută de roverul Curiosity al NASA pe Planeta Roșie

Roverul Perseverance a ajuns într-un nou loc pe planeta Marte. Imaginile dezvăluite de NASA

Roverul Curiosity al NASA a observat nori ciudați și colorați pe planeta Marte

Articolul Dovezi ale vieții antice ar fi dispărut de pe Marte. NASA a dezvăluit cine ar fi fost „vinovatul” apare prima dată în Descopera.

Articol original

Roverul Perseverance a ajuns într-un nou loc pe planeta Marte. Imaginile dezvăluite de NASA

Roverul Perseverance al NASA a făcut încă un popas în călătoria sa prin Craterul Jezero, în căutare de semne de viață antică.

„Am ajuns la următorul popas. De aici pot vedea ceea ce noi numim Séítah. Este o zonă cu dune care include câteva ținte științifice. Voi continua să spionez de aici, desfășurând cercetări științifice de la distanță, iar apoi voi continua să explorez”, arată un mesaj publicat pe contul oficial de Twitter al roverului Perseverance.

Peisajul este extraordinar, după cum se poate vedea și în imaginea panoramică ce însoțește actualizarea roverului. Imaginea evidențiază faptul că încă mai avem numeroase locuri frumoase de văzut pe Planeta Roșie.

Ce distanță a parcurs Perseverance pe Marte până acum?

Roverul Perseverance a început oficial faza științifică a misiunii la data de 1 iunie, părăsind locul de amartizare „Octavia E. Butler”, acolo unde a atins pentru prima oară suprafața planetei Marte la începutul acestui an. De atunci, Perseverance a parcurs aproximativ 917 metri, făcând mai multe popasuri de-a lungul traiectoriei stabilite pentru explorare.

Unitatea geologică Séítah („prin nisip” în limba populației Navajo) este adiacentă cu bazinul Craterului Jezero. Zona Séítah este presărată cu roci sedimentare (sau stratificate) și dune de nisip, scrie Futurism.

„Odată cu bazinul Craterului Jezero și unitatea geologică Séítah putem începe să explorăm Jezero chiar de la început”, a spus Kevin Hand, astrobiolog la Laboratorul Jet Propulsion al NASA (JPL).

„Asta e foarte bine, pentru că am atât de multe de făcut”

„Această zonă se afla sub cel puțin 100 metri de apă în urmă cu 3,8 miliarde de ani. Nu știm ce povești ne vor spune rocile și aflorimentele stratificate, dar suntem foarte bucuroși să începem cercetările”, a adăugat Hand.

Mulțumită modului AutoNav foarte sofisticat al lui Perseverance, care îl transformă practic într-o mașină autonomă, roverul va putea desfășura cu ușurință cercetările pe Marte.

„Încep să mă pricep la condus și să preiau comanda. Prin cartografierea împrejurimilor pe măsură ce conduc, voi putea să parcurg o suprafață de 5 sau 6 ori mai mare într-o singură zi. Asta e foarte bine, pentru că am atât de multe de făcut”, mai arată mesajul publicat pe contul lui Perseverance.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Pământul sau Marte: Ce arată, de fapt, aceste imagini incredibile?

Imagine panoramică absolut uimitoare cu planeta Marte, trimisă de roverul Perseverance

Roverul Curiosity al NASA a observat nori ciudați și colorați pe planeta Marte

Roverul Perseverance a descoperit o rocă ciudată pe Marte. Imaginile dezvăluite de NASA

Articolul Roverul Perseverance a ajuns într-un nou loc pe planeta Marte. Imaginile dezvăluite de NASA apare prima dată în Descopera.

Articol original

Noi imagini cu suprafața planetei Marte, publicate de China. Ce semnifică, de fapt, fotografiile

Oficialii din China au dat publicității noi imagini făcute de roverul Zhurong. Fotografiile, publicate în presa de stat, sunt cu adevărat uimitoare, însă au fost însoțite de un limbaj destul de arogant care subliniază „succesul complet” al misiunii și semnificația steagului chinez arborat pe Planeta Roșie.

„Imaginile au fost dezvăluite la o ceremonie din Beijing, semnificând succesul complet al primei misiuni de explorare a planetei Marte desfășurată de China”, arată un articol apărut în publicația de știri Xinhau.

În ciuda limbajului victorios al anunțului, amartizarea și imaginile sunt cu adevărat impresionante. Până la urmă, NASA a avut nevoie de peste 25 de ani pentru a evolua de la o sondă orbitală în jurul Marte la trimiterea unei sonde de aterizare pe suprafața marțiană. China a reușit să îndeplinească toate aceste etape în cadrul unei singure misiuni, astfel evidențiind ambițiile sale spațiale tot mai mari.

Agenția spațială a Chinei a avut un avantaj considerabil

În același timp, agenția spațială a Chinei a avut un avantaj considerabil. China a putut să se inspire din succesul cercetătorilor de la NASA și a avut acces la tehnologia spațială care nu exista în anii 1970 sau 1990, atunci când NASA explora pentru prima oară Planeta Roșie.

Totuși, oficialii din China sunt cât se poate de mândri de reușita lor. Spre exemplu, cea mai memorabilă imagine arată sonda de aterizare și roverul pe suprafața marțiană, fotografia fiind făcută de la distanță de o cameră foto instalată de rover în timp ce explora împrejurimile.

O altă imagine arată o panoramă spectaculoasă cu regiunea Utopia Planitia de pe Marte, acolo unde sonda și roverul au amartizat luna trecută, scrie Futurism.

„Să împărtășim rodul muncii noastre cu omenirea”

În următoarea etapă a misiunii, roverul chinez va desfășura o serie de proiecte științifice, multe având ca scop căutarea dovezilor vieții antice pe Marte.

„China va publica datele științifice în timp util astfel încât să împărtășească rodul muncii sale cu omenirea și să arăte progresul programului său de explorare spațială”, a spus Zhang Kejian, directorul agenției spațiale chineze.

În cele din urmă, misiunea este așteptată să continue timp de trei luni. Până acum, au trecut în jur de 28 de zile marțiene, acestea fiind cu o oră mai lungi decât zilele de pe Terra.

Vă mai recomandăm să citiți și:

O carte din 1952 a prezis că „Elon” va domni peste Marte, într-o zi

Imagine panoramică absolut uimitoare cu planeta Marte, trimisă de roverul Perseverance

Roverul Curiosity al NASA a observat nori ciudați și colorați pe planeta Marte

Elicopterul Ingenuity a avut parte de un zbor stresant pe Marte. Ce s-a întâmplat și cine i-a „sărit în ajutor”

Articolul Noi imagini cu suprafața planetei Marte, publicate de China. Ce semnifică, de fapt, fotografiile apare prima dată în Descopera.

Articol original

Roverul Curiosity al NASA a observat nori ciudați și colorați pe planeta Marte

Ar putea părea ca o carte poștală din deșertul din Arizona, însă imaginile acestea arată un loc mult mai exotic. Aceasta este planeta Marte, văzută „prin ochii” roverului Curiosity al NASA.

Imaginile au fost făcute recent de roverul Curiosity pentru a studia tipul ciudat de nori aflați deasupra Craterului Gale, „casa” roverului.

Oamenii de știință au descoperit în urmă cu doi ani că tipul de nori se forma mult mai devreme în anul marțian decât s-au așteptat inițial. Așadar, în acest an marțian, roverul Curiosity a observat norii timpurii și nu a fost deloc dezamăgit. Într-adevăr, norii au apărut spre sfârșitul lunii ianuarie, atunci când robotul a început să documenteze norii bogați în gheață care împrăștiau lumina solară și creau peisaje colorate și uimitoare.

„Este cu adevărat uimitor să vezi ceva atât de colorat pe Marte”

„Mereu sunt uimit de culorile care apar, nuanțe de roșu, verde, albastru și mov. Este cu adevărat uimitor să vezi ceva atât de colorat pe Marte”, a spus Mark Lemmon, om de știință la Institutul pentru Știință Spațială din Colorado, într-un comunicat al NASA.

Ciudat este că acești nori par să fie la o înălțime mai mare în atmosfera marțiană decât acei nori văzuți de obicei de cercetători pe Planeta Roșie, potrivit NASA. De obicei, dacă un nor trece deasupra roverului Curiosity, structurile sunt pline de apă înghețată și plutesc la aproximativ 60 kilometri deasupra suprafeței marțiene.

„Norii strălucitori în noapte” de pe Marte

Norii din noile imagini surprinse de Curiosity sunt situați la o înălțime mult mai mare în atmosferă, deși NASA nu a precizat altitudinea acestora. Distincția ar putea fi un indiciu al unei compoziții diferite, nori din dioxid de carbon înghețat, potrivit agenției americane, însă oamenii de știință nu sunt încă siguri de explicație, scrie Live Science.

Norii sunt cei mai frumoși imediat după apus, atunci când ultimele raze de lumină solară fac ca cristalele de gheață să strălucească. Tocmai de aceea, cercetătorii au denumit structurile drept „nori strălucitori în noapte”.

Unii dintre acești nori pot părea chiar și iridescenți, atunci când particulele din nori au dimensiuni foarte similare, a mai spus Lemmon, ceea ce are loc de obicei atunci când norii sunt formați și dezvoltați cu aceeași viteză.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Rover-ul Curiosity al NASA a observat o siluetă fantomatică pe suprafața lui Marte. Cum este explicat fenomenul

Roverul Perseverance a trimis înapoi pe Pământ cel mai adorabil selfie făcut până acum pe o altă planetă

Roverul Perseverance a descoperit o rocă ciudată pe Marte. Imaginile dezvăluite de NASA

Roverul Perseverance a surprins primul său fenomen neobișnuit de pe Marte. Imaginile publicate de NASA

Articolul Roverul Curiosity al NASA a observat nori ciudați și colorați pe planeta Marte apare prima dată în Descopera.

Articol original

Stele verzi – Rover, ‘dulaul’ astronuclear (episodul 7)

KIWI B4E

Nici un rezultat in stiinta nu poate fi considerat validat daca nu poate fi reprodus. Testul B4D fusese un succes fulminant, care punea inapoi pe sine intregul program Rover. Managementul bun, supravegherea lui Anderson si Finger (care, in urma testului, si-a schimbat opinia referitor la program, desi in continuare nu l-a considerat fezabil economic) si dezvoltarile tehnice permisesera realizarea unui motor care a atins toate obiectivele operationale. Insa, trebuia sa se demonstreze ca putea fi reprodus acest succes de cate ori era necesar, iar pentru asta s-a folosit prototipul B4E.

Obiectivele erau:

• operarea in apropierea conditiilor nominale de flux, temperatura si putere
• caracterizarea efectelor pe care le avea timpul de operare asupra parametrilor de mai sus si a instalatiei de curgere
• masurarea performantei neutronice si compararea ei cu predictiile teoretice

Obiectivele secundare erau:

• inchiderea buclei de control al temperaturii prin folosirea unor termocuple legate de materiale din miez, in locul unora expuse la jetul de evacuare
• masurarea efectelor pe care le avea densitatea hidrogenului asupra reactivitatii
• investigarea posibilitatii de racire a reactorului folosind numai hidrogen
• determinarea functiei dintre presiunea de evacuare a pompei si presiunea de intrare in miez prin tehnici de corelare

Design-ul reactorului era practic identic cu cel anterior, cu urmatoarele diferente:

• reactorul folosea numai elemente de carbura incapsulate intr-un strat exterior de pyrocarbon
• sistemul de control al temperaturii a fost revizuit pentru a folosit masuratori prin termocuple (situate la planul de mijloc axial) pe post de furnizori de date de intrare
• s-a efectuat o reducere a fluxului de racire la periferia miezului pentru a reduce degradarea temperaturii de iesire provocata de eventualele scurgeri
• s-a folosit o duza de tip Rocketdyne RN-6, in locul clasicai RN-2. Aceasta avea un acoperamant exterior care prevenea patrunderea aerului lichefiat in tuburile de racire.

Miezul continea 1500 de elemente de cate 132 cm lungime, cu 19 canale, de forma hexagonala. Sectiunea canalelor era de 0.254 cm, cu suprafetele prezentand acelasi invelis de NbC, cu grosimea de 0.00508 cm. Existau 10 incarcaturi de uraniu, diferenta dintre elementele invecinate fiind de 12% pe directie axiala.

Trebuie sa facem aici o paranteza, si sa dicutam despre decizia de a folosi UC in loc de UO2. Dupa cum am mentionat, toate reactoarele precedente au folosit oxid de uraniu ca si combustibil principal. Problema majora cu oxidul era asa-numita reactie inversa („back-reaction”).

Particulele de carbura sunt extrem de reactive si au tendinta sa se transforme in oxizi in prezenta aerului, in special a aerului umed. Asadar reactii de oxidare-carburizare-oxidare avea loc in fiecare ciclu de incalzire si stocare. Includem aici operatiile de grafitizare, placarea canalelor si aprinderea reactorului. Fiecare ciclu cauza pierderea unei parti a carbonului prin aparitia dioxidului de carbon si astfel elementul era degradat.
De asemenea schimbari dimensionale au fost constatate si in elementele testate la Los Alamos. In unele cazuri, oxidarea carburii a facut ca materialul sa capate dimensiuni cu 4% la mai mari. Astfel, controlul dimensional si proiectarea structurala erau afectate.

Solutia care a fost adoptata era folosirea unor particule de UC2 cu dimensiuni considerabil mai mari, avand diametre intre 50 si 150 micrometrii, acoperite cu un strat de grafit pyrolitic gros de 25 de micrometri.

Detaliu construtiv al elementelor de combustibil care au devenit standard pentru articolele urmatoare

Prima aprindere a avut loc pe 28 August 1964. Reactorul a operat vreme de 12 minute, dintre care 8 au fost la putere maxima (937 MWth). Temperatura de evacuare s-a mentinat la valoarea de 2222 K, cu un debit de 31.8 kg/sec. Operatiunea a fost calma si lipsita de eveniment neprevazute. Diferenta fata de durata testului anterior era semnificativa. In fapt, reactorul nu a fost oprit din cauza unei probleme, ci fiindca cantitatea de hidrogen lichid era limitata.

Pentru a sublinia succesul testului, reactorul a fost repornit pe 10 Septembrie, si a operat la 882 MWth vreme de 2.5 secunde, cu acelasi debit si temperaturi ca si la aprinderea anterioara. S-a putut realiza acest experiment pentru ca toate datele au aratat ca motorul era in conditie excelenta. Intr-adevar, capacitatea de a reporni un reactor nu era prevazuta, si s-a infaptui astfel mult mai repede in decursul programului decat era anticipat initial.

In ambele instante, oprirea reactorului s-a realizat normal, fara incidente.

In analiza initiala dupa teste nu s-au descoperit dovezi ale vibratiilor intalnit la B4A. Tot atunci s-au confirmat si analizele pentru B4D.

La examinarea post-mortem s-a relevat faptul ca, desi aparent in conditie excelenta, existau zone de coroziune. Doua dintre aceste zone erau suprafete situate la periferia miezului, respectiv la suprafetele externe ale elementelor adiacente celor centrale (neincarcate, si continand termocuplele).

14 elemente au fost descoperite cu coroziuni semnificative, dintre care 11 apartineau celor 16 elemente periferice (cu forma si numarul de canale diferit, pentru a obtine o suprafata externa aproximativ circulara) si inca trei apartineau unor elemente standard cu 19 canale.

Vedere in sectiune a motorului KIWI-B4E

 

Teste ulterioare

Succesul fulminant al modelelor D si E i-a luat prin surprindere pe specialistii de la Jackass Flats, in special capacitatea de a reaprinde motorul. Nu s-au culcat insa pe lauri, ci, cu velele pline, au decis sa realizeze doua experimente care erau programate mult mai tarziu in cadrul programului.

Primul era un experiment menit a testa doua motoare adiacente simultan. Scopul era de a determina daca neutronii emisi de un motor puteau influenta negativ motorul adiacent.
Acest aspect era important, pentru ca majoritatea vehiculelor orbitale folosesc motoare multiple combinata in manunchiuri. Daca NTR-urile nu puteau fi folosite decat individual, impactul asupra planificarii misiunilor era semnificativ.

Detalii asupra acestui test sunt putine. Se stie ca unul dintre cele doua motoare era un KIWI B4 (posibil unul dintre articolele precedente, dar reconditionat) iar celalalt era PARKA, reactorul de teste de la Los Alamos, care a fost adus special pentru aceasta ocazie. KIWI urma sa opereze, iar schimbarile urmau sa fie masurate cu PARKA (un dispozitiv care, prin natura sa, era intesat de instrumentatie). Distantele dintre prototipuri erau de 4.9, 2.7 si 1.8 metrii.

Rezultatele acestui test erau ca motoarele nu sufereau probleme atunci cand erau operate aproape unul de altul. Desi s-au evidentiat unele efecte, care ar fi trebuit sa fie luate in seama la proiectarea unui vehicul orbital, folosirea lor in manunchiuri era perfect fezabila.
 

KIWI TNT

Ultimul prototip al seriei KIWI s-a deosebit de celelalte nu prin constructia sa neobisnuita ci prin scopul sau. TNT era o abreviere de la Transient Nuclear Test, si era menit a investiga comportamentul motoarelor atunci cand apareau variatii mari si potential distructive de putere sau debit. Situatia folosita ca si referinta era o prabusire a reactorului in apa. Apa, fiind un moderator neutronic bun, putea sa induca reactorului o stare prompt-critica.

Un scop secundar era investigarea posibilitatii ca reactorul sa fie „dezasamblat” in spatiu dupa terminarea misiunii.

Reactoarele KIWI erau proiectate sa functioneze normal la temperaturi de peste 2473 K. In cazul unui accident, insa, valorile puteau ajunge la 4273-4723 K. Acea plaja de operare constituia o mare necunoscuta cand venea vorba de proprietatile fizice si chimice ale grafitului.

Obiectivele erau :

• masurarea numarului de evenimente de fisiune petrecute la un nivel de reactivitate cunoscut, si compararea acestor informatii cu modelele teoretice
• determinarea mecanismelor de eliberare a energiei
• caracterizarea dezintegrarii unui astfel de reactor la un astfel de varf de putere
• masurarea dispersiei radioactive in atmosfera in cazul unui astfel de accident
• masuratori de radiatie in timpul si dupa un astfel de accident
• investigarea tehnicilor ce puteau fi folosite pentru curatarea locatiei post-accident

Reactorul folosit era bazat pe B4E. Folosea combustibil pe baza de carburi, cu un cilindru reflector din grafit si capace de beriliu, incastrate intr-un vas de presiune din aluminiu.

Elementele de combustibil nu erau placat cu niobiu. Exceptia faceau unele elemente care fusesera fabricate pentru teste anterioare, dar nu trecusera verificarile de calitate (in jur de 800).

In total, miezul a folosit 12 tipuri diferite de elemente. Controlul reactivitatii se realiza folosind 12 tamburi rotativi situati in interiorul reflectorului. Nu s-a folosit masa de reactie in acest experiment.

In mod normal, tamburii de control se puteau invarti cu o viteza maxima de 45 grade/sec. Pentru ca reactorul trebuia sa simuleze instabilitati puternice, viteza a fost marita de 89 de ori, pana la 4000 grade/sec. Reactorul a fost construit sa fie, de asemenea, extrem de sensibil la variatii de neutronicitate.

Alte modificari erau:

• zona de intrare si iesire a porturilor hidraulice era cu 50% mai mare
• diametrul liniilor hidraulice era marit
• s-au folosit valve de control de 30 GPm, in locul celor obisnuite de 3.5 GPm
• presiunea hidraulica era marita de la 4826 kPa la 9308 kPa
• folosirea unor circuite de aprindere cu latenta pre-determinata, pentru a asigura activarea simultana a tututor elementelor de combustibil

Reactorul a fost distrus intentionat pe 12 Ianuarie 1965 la NRDS. Acesta reactie s-a obtinut prin fortarea motorului intr-o configuratie rapid instabila folosind tamburii de control. Acestia au fost programati sa se invarta la viteza maxima posibila.

Rezultatele obtinute au fost:

1. valori de temperatura, care au inregistrat masuratori maxime de 2167 K
2. pe o raza de 7620 m in jurul reactorului, nu a putut fi recuperat mai mult de 50% din materialul nuclear din miez. Despre restul, s-a presupus ca a fost ars in aer, transformandu-se in aerosoli, sau a fost pulverizat de explozie, devenind imposibil de reperat vizual
3. pe baza energiei exploziei, s-a estimat ca numai 5% pana la 15% din miez ar fi putut sa fie vaporizat
4. cel mai mare fragment gasit a fost o bucata din vasul de presiune, ce cantarea 67 kg, si avea o suprafata de 0.91 m patrati. A fost gasit la 229 m de reactor. Un alt fragment de 44 kg a fost recuperat de la 457-533 metri
5. numarul total de fisiuni a fost estimat ca fiind 3.1 x 10^20.

Desi aparent ridicol si periculos, KIWI-TNT a fost un experiment necesar. Tehnicile si informatiile oferite puteau fi folosite pentru planificarea aspectelor de siguranta in viitoare misiuni spatiale. Pe baza testului s-a emis raportul LA-3358-MS, intitulat „Siguranta Neutronica A Reactoarelor Rover”, care descria in detaliu aceste tehnici.

De altfel, desi nu se stia in acel moment, invatamintele trase aveau sa se dovedeasca utile atunci cand NRDS avea sa sufere al doilea accident nuclear, de aceasta data nedorit.

Explozia si ramasitele testului KIWI-TNT

 

La intretaiere de drumuri

Asadar aceast a fost sfarsitul seriei KIWI. Menit a fi un program de cercetare si dezvoltare, a arata fara dubiu ca un motor de racheta putea fi construit. Mai mult, a aratat ca, atunci cand configuratia si tehnologiile folosite erau potrivite, un astfel de motor era sigur, puternic si indeplinea posibilitatile teoretice.

Doar fiindca s-a sfarsit seria KIWI nu insemna ca s-a sfarsit programul Rover. Teoretic, obiectivele fusesera atinse, insa mai erau multe aspecte ce meritau cercetate. Motoarele erau inca relativ slabe comparativ cu performantele lor teoretice, combustibilul era inca problematic, iar plaja de solutii de design al motoarelor nucleo-termice nu era inca in intregime examinata.

In acelasi timp, insa, la NASA se desfasura o munca febrila. Programul Apollo era in plin avant, deja se pregateau de lansare variantele timpurii ale rachetei Saturn, iar la privati se construiau modulele lunare si echipamentul de intretinere a vietii.
Lumea se uita si muncea catre spatiu, iar motoarele nucleare nu puteau fi lasate in urma. Ele reprezentau viitorul post-Apollo, si trebuiau sa urmeze trendul.

Atunci s-a luat o decizie importanta: pe de o parte, Rover avea sa continue cu cercetarile sale fundamentale, urmand seria PHOEBUS. Pe de alta parte, tehnologia deja exista pentru a creea un motor de racheta functional. Asadar era necesare un program separat, al carui obiectiv final era un sistem de propulsie matur, certificat pentru a fi lansat si folosit in spatiu. Acesta era, teoretic, un demonstrator tehnologic, dar practic era menit a fi folosit pe un vehicul orbital.

Asadar, era necesar un program de dezvoltare paralel celui de cercetare. Acesta urma sa fie sub egida NASA, si s-a denumit NERVA, abreviere de la „Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications”.

Ambele programe au folosit centrul NRDS de la Jackass Flats (altminteri unic in lume in acel moment) si s-au desfasurat in paralel.

Personal, voi continua sa acopar Rover, insa NERVA trebuia sa fie si ea mentionata (deoarece, in ciuda succeselor sale, Rover nu a reusit sa certifice un motor; NERVA da), si va fi elaborata final. Randurile de mai sus sunt pentru a elucida de ce unele din reactoare au fost, din acest moment, testate in paralel.

Ambele programe si-au constituit fundamentul pe prototipurile KIWI, insa scopurile lor divergente au dus la design-uri diferite: NERVA a optat pentru motoare simple, de putere medie, care sa fie extrem de sigure si usor de controlat, Rover a creeat doua (sau chiar trei, depinzand de punctul de vedere) linii diferite de reactoare pentru a avansa tehnologia. Acestea au fost PHOEBUS si PEWEE, despre care urmeaza sa discutam.

Mai trebuie sa mentionam ca deja sufla vantul schimbarii prin Congress. Kennedy disparuse subit de pe scena politica (multumita unui lunetist), Lyndon B. Johnson, desi un manager capabil, nu era un personaj carismatic si avea dificultati in a-si asigura sprijinul politic. Ca atare, desi teoretic avea sprijinul partidului, practic trebuia sa negocieze. Apollo era prea mare si prestigios pentru public, si ca atare, nu putea fi taiat (in ciuda dorintelor anumitor curente). Insa specialistii deja incepeau sa se teama pentru epoca post-Apollo (pe buna dreptate) si pentru programele adiacente, cum erau Rover, NERVA, si bugetul NASA in general. Inertia adminsitratiei Johnson si bugetul masiv al NASA le-a permis continuarea, insa pe termen lung, lucrurile erau incerte. Chiar si asa, specialisti sperau ca daca puteau demonstra meritele tehnologiei, atunci vor avea un loc asigurat.
 

Va urma.

Marian Dumitriu (Checkmate)

Surse:
1. Jungmin Kang, Frank N. von Hippel – U-232 and the Proliferation Resistance of U-233 in Spent Fuel, Science & Global Security, Volume 9 pp 1-32, 2001
2. http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq6.html#nfaq6.2

3. https://science.sciencemag.org/content/160/3831/953
4. https://www.osti.gov/servlets/purl/1132518
5. TRW Space Technology Laboratories – Mission oriented advanced nuclear system parameters study, 1965
6. https://www.osti.gov/servlets/purl/4098602

7. Bussard report, 1953
8. W.H. Robbins, H.B. Finger – An Historical Perspective of the NERVA Nuclear Rocket Engine Technology Program, 1991
9. James A Dewar – To the end of the solar system : the story of the nuclear rocket, 2015
10. Solid Core NTR ( https://beyondnerva.com/nuclear-thermal-propulsion/solid-core-ntr/ )
11. NTR Hot Fire Testing Part I: Rover and NERVA Testing ( https://beyondnerva.com/2018/06/18/ntr-hot-fire-testing-part-i-rover-and-nerva-testing/ )
12. http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist2.php#id–Nuclear_Thermal
13. David S. Portee – Think Big: A 1970 Flight Schedule for NASA’s 1969 Integrated Program Plan ( https://spaceflighthistory.blogspot.com/2016/01/thinking-big-traffic-model-for-nasa.html )
14. David S. Portee blog ( http://spaceflighthistory.blogspot.com/2016/02 )
15. Scott Lowther Nerva articles ( http://www.aerospaceprojectsreview.com/blog/?s=nerva&searchsubmit= )

16. Nuclear weapon design ( https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon_design )

The post Stele verzi – Rover, ‘dulaul’ astronuclear (episodul 7) appeared first on Romania Military.

Articol original

Stele verzi – Rover, ‘dulaul’ astronuclear (episodul 6)

Nisipuri miscatoare

Cu ultimele doua teste obtinand rezultate mult sub asteptari, presiunea a inceput sa creasca pe programul Rover. La nici o luna de la fatidicul test al KIWI B4A, presedintele Kennedy a vizitat facilitatile de la Los Alamos, urmand sa fie informat despre progresul programului Rover.

Era o premiera din multe puncte de vedere, si a ramas singura instanta in istorie cand un presedinte american vizita un laborator de teste atomice. Anturajul sau includea pe vicepresedintele Lyndon Johnson, precum si pe academicienii McGeorge Bundy, Jerome Wiesner, Harold Brown, Donald Horning, Robert Seamans,si senatorii Harold Finger, Clinton Anderson si parintele reactoarelor nucleare, Glenn T. Seaborg.

Semnele nu se aratau favorabile. Cu un an inainte, programul-sora, Pluto, menit a creea un reactor aeropurtat, fusese anulat, si se parea ca Rover era urmatorul. NASA estimase costurile de pana in acel moment ca fiind de 800 milioane de dolari, iar comisia pentru finante a Congresului argumenta ca Rover nu avea sens decat daca urmau misiuni ulterioare Apollo catre alte destinatii din sistemul solar.

Pe de alta parte, tot in acea perioada, SUA resimtea socul celei de-a treia infrangeri in cursa spatiala, cand, in 1961, Yuri Gagarin devenea primul om care zbura in spatiu. Interventiile tot mai dese in Vietnam, turarea motoarelor pentru Apollo si dezastroasa invazie din Golful Porcilor, facea ca administratia americana sa sovaie.

Trebuie sa mentionam ca multe critici au fost aduse managementului proiectului, care permisese ca programul sa se transforme intr-un loc de joaca pentru teoreticieni. Aceste acuzatii sunt numai partial adevarate: desi testele erau ciudat de neomogene, programul nu avea un tel ingineresc decat nebulosul concept „Condor”, despre care am mai amintit. Acest concept era mult prea ambitios pentru programul altminteri nou-creeat. O veste buna in acest sens a venit de la NASA, care, sub presiunile administratiei, a creeat un concept de misiune, denumit Reactor In-Flight Test, sau RIFT.

Acest concept cerea folosirea unui vehicul din familia Saturn/Nova (al carei configuratie fusese deja stabilita de Comisia Silverstein in 1959), care sa utilizeze o treapta superioara cu propulsie nucleara. Principalul aspect era impulsul specific superior, care ar fi permis folosirea unui vehicul mai mic pentru misiunile lunare. Desi, intr-un final, Nova a fost abandonata in urma deciziei de a folosi arhitectura de rendezvous pe orbita lunara, iar Saturn insusi a trecut prin multe iteratii care au lasat in urma configuratia nucleara, RIFT a permis celor de la Jackass Flats sa se concentreze pe obtinerea unui sistem cu specificatii bine conturate.

RIFT urma sa foloseasca o prima treapta de Saturn IC, o treapta intermediara umpluta cu apa (fara rol propulsiv), si o treapta superioara denumita S-N (Saturn-Nuclear). Aceasta urma sa fie construita de catre Lockheed in Sunnyvale, California, si asamblata la faciliatile NASA din Mississippi. 10 astfel de trepte urmau sa fie contruite, 6 pentru teste la sol si 4 pentru teste in aer.

Vehiculul final urma sa fie inalt de 111 metrii, iar reactorul pornit la altitudinea de 121 km deasupra Oceanului Atlantic. Motorul urma sa functioneze vreme de 1300 de secunde, pana la altitudinea de 480 km, dupa care urma sa se prabuseasca in Atlantic, la 3200 km de locul de lansare (reactorul urmand sa se scufunde, intact, in apa, unde mediul urma sa ecraneze radiatia).

RIFT avea sa fie, in final, abandonat din motive politice, financiare si tehnologice, insa telurile stabilite pentru motor ramaneau valabile. De asemenea, programul RIFT urma sa fie inlocuit de un program mai concentrat dupa finalizarea Rover, denumit NERVA. Din exterior, poate suna ciudat proiectarea unui motor pentru un vehicul si un program care nu mai exista. Savantii de la Jackass Flats au facut asta benevol dupa anularea RIFT in 1963, pentru ca era mai facil si mai usor de catalizat resurse pentru un concept concret decat pentru ceva nebulos (sau, mai rau, pentru nimic, lucru care, de obicei, semnala o inchidere iminenta). Intre timp, insa, trebuiau rezolvate problemele cu seria KIWI.

Proiectul primise 187 de milioane de dolari in 1962, iar NASA si AEC cereau inca 360 milioane pentru 1963. Kennedy, nou sosit dupa problemele acelui an din Cuba (care aproape rezultasera intr-un razboi nuclear) a atras atentia asupra presiunilor bugetare, intreband care era utlitatea sa pentru Apollo. Finger a argumentat ca putea fi privit ca fiind o polita de asigurare in cazul in care misiunea catre Luna devenea evident nefezabila pentru propulsia chimica (un aspect inca necunoscut la acel moment), si ca avea utilitate in cazul unor baze lunare sau misiuni martiene care ar fi urmat dupa Apollo. Cand Weisner, Brown si Hornig au contrat, spunand ca adminsitratia nu isi propusese un asemenea program (Apollo starnind deja nemultumiri datorita costurilor) si ca un eventual program martian nu era prevazut mai devreme de anii 80 (conform viziunii lui Von Braun). Ei argumentau ca Rover putea fi amanat pana in anii 70. Searborg, in schimb, a notat ca tehnologiile foarte avansate necesitau ani de studiu, si ca deci o oprire si o reincepere a programului nu ar fi obtinut rezultate decat catre sfarsitul anilor 80. De asemenea, a atentionat ca o asemenea atitudine laxa fusese motivul pentru care SUA pierduse startul in spatiu.

Finger a criticat problemele intalnite la KIWI, si a declarat ca nu exista o solutie rapida pentru ele. De asemenea, a cerut ca Los Alamos sa adopte o structura mai buna de management al proiectelor pentru Rover. El a cerut cu vehementa ca nici un alt test sa nu aibe loc fara o investigatie ampla asupra cauzelor vibratiilor.

In 1963, Anderson s-a intalnit cu Kennedy, cerand si primind o serie de fonduri suplimentare pentru a incerca sa descopere cauza vibratiilor distructive din motoare.

Trebuie sa mentionam ca nu era prima data cand Anderson se implica personal in rezolvarea unor probleme ale programului. In 1960, RIFT si viitorul NERVA se confruntau cu lipsa facilitatilor la Jackass Flats. Fonduri fusesera puse la dispozitie pentru constructia Celulei de Testare C, dar nu fusesera folosite (aparent, din motive de lipsa de forta de munca). In aceste conditii, Anderson a preluat comanda constructiilor, reprezentatii AEC raportandu-i lui personal. De asemenea, a intervenit in 1961, cand URSS a abandonat moratoriul asupra testelor nucleare, fortand SUA sa reinceapa si ei o serie de teste. Multi specialisti alocati programului au fost astfel detasati, provocand probleme cu ritmul de lucru.
 

Testele de vibratii

Astfel stand lucrurile, in 1963, cu binecuvantarea lui Kennedy si Anderson, Finger a descins la Jackass Flats, cu un anturaj de specialisti. Acestia erau specialisti in vibratii de la NASA si personal constructiv de la Los Alamos, Aerojet si Westinghouse. Scopul era descoperirea, caracterizarea, si prevenirea vibratiilor care distrusesera ultimele trei articole de teste. Pentru aceasta, ei au intreprins o „mini-serie” de teste la rece, urmarind felul in care se scurgeau fluidele prin canalele de evacuare. Aceasta s-au desfasurat intre 1963 si 1964, si vizau in mod special reactoarele de tip KIWI B.

Reactoarele disponibile pentru aceste teste (B4B, B4C) foloseau elemente de combustibil identice cu cele aflate sub sarcina, cu exceptia prezentei materialelor fisionabile. Ca atare, ele nu produceau putere, si, cand era necesar, erau incalzite cu elemente rezistive introduse in canale. Fluidele folosite erau azot gazos,heliu si hidrogen.

Rezultatele testelor au fost ca pagubele aduse miezului se datorau vibratiilor prin canalele de racire, provocate de flux. S-a descoperit ca o instabilitate dinamica in distantele de racordare dintre elementele de combustibil adiacente cauzau aceasta vibratie, si duceau la fracturarea elementelor. Bazandu-se pe aceste teste, o serie de modificari au fost aduse miezului. Ele au avut succes, reusind sa treaca patru testari. Aceste schimbari au fost incorporate in prototipurile ulterioare (ele fiind de fapt aceleasi reactoare, dar cu combustibili activi si schimbari structurale).
 

KIWI B4D

A fost primul reactor operational dupa seria de teste la rece, el fiind de fapt prototipul B4B refabricat, cu o incarcatura normal de material fisionabil. Scopul testului era:

• investigarea stabilitatii structurale si dinamice a designului sub conditii normale de flux si temperatura
• sa masoare, folosind instrumentatia si examinarea post-mortem, performantele de flux, temperatura si cea neutronica, pentru a le compara cu modelele experimentale
• obtinerea informatiilor referitoare la efectele pe care le are timpul de functionare asupra parametrilor sus-numiti, precum si asupra ansamblului in general (sistemul de curgere, tevile, pompele si reactorul in sine).

Obiectivele secundare erau:

• cercetarea racirii cu hidrogen lichid
• masurarea raportului dintre presiunea de evacuare a pompei si cea de intrare in reactor
• intreprinderea unei porniri automate folosind o sursa adiacenta

Sistemul era similar cu cel folosit pe B4A, cu patru diferente majore:

• un sigiliu la capatul fierbinte
• arcuri pentru sprijin lateral al articolului
• canale de racire in elementele periferice de umplutura
• un invelis flexibil in jurul miezului pentru a preveni scurgeri intre miez si orificiul de expansiune din afara miezului

Miezul continea 1542 de elemente de combustibil de doua tipuri. Majoritatea era incarcat cu elemente folosind oxid de uraniu, dar 212 dintre ele foloseau capsule de carbura de uraniu, cu un invelis de pyrocarbon. 108 dintre acestea erau dispuse in jurul amsamblului central, si 104 la periferie.

Elementele de combustibil erau lungi de 131.78 cm si erau de sectiune hexagonala, cu lungimea de 1.9 cm. Fiecare prezenta 19 canale de racire.

In termeni de procentaj de combustibil, erau 12 nivele diferite de incarcare cu oxizi, si 6 de incarcare cu carburi. Ele erau dispuse in asa fel incat sa uniformizeze distributia radiala de energie si sa elimine varfuri de temperatura. Pentru o iradiere neutronica similara, capsulele de carbura aveau un procent de incarcare usor mai mare decat cele de oxizi, pentru a compensa canalele de racire mai mari si invelisul pe toata lungimea de niobium.

Era prima data cand se reusea o pornire complet automata. Astfel, reactorul era adus de la o conditie sub-critica / oprita pana la un nivel pre-selectat intr-o maniera rapida si sigura. Se realiza folosind un sistem de control in bucla deschisa pentru a deplasa tijele de control, urmata apoi de folosirea unui sistem de control in bucla inchisa pentru a mentine puterea la acest nivel. Sistemul folosea o singura gama de instrumentatie, cu o camera ionizanta cu pozitie fixa.

Dupa ce a operat la putere maxima (990 MWth) vreme de 64 de secunde, testul a fost oprit datorita ruperii unor furtunuri de hidrogen, provocand o scurgere si un incendiu. Aceasta ruptura a fost cauzata de aer lichefiat care a patruns in tuburile de racire ale duzei de evacuare, formand ozon. Ozonul a fost cel care a produs „micro-detonatii” si fisuri locale in aceste tuburi. Usoara flambare a duzei a fost si ea observata, precum in testele anterioare.

Racirea si oprirea reactorului a fost realizata folosind atat hidrogen cat si azot. Initial, se folosea hidrogen gazos, apoi, dupa doua minute, a fost inlocuit cu azot gazos, al carui debit era redus in trepte de-a lungul a 606 secunde (in total, 3266 kg). Dupa acest interval, se folosea azot in pulsuri, in total fiind folosite 15 pulsuri de durate diferite (60-140 secunde).

Inspectia post-mortem a evidentia ca motorul nu a suferit avarii semnificative. Nu s-au gasit elemente de combustibil fisurate, si nu s-au descoperit avarii mecanice pe nici un element al meizului.

S-a evidentiat un grad inalt de coroziune (adanc, in unele cazuri, de 0.5-0.625 mm) la elementele periferice, insa celelate au fost descrise ca parand „nefolosite”. Numai trei anomalii au fost gasite: un element cu oxizi prezenta o gaura, doua elemente adiacente prezentau aparente depuneri pe invelisul interior si unul prezenta crapaturi care radiau circular de la capatul fierbinte.

Vedere in sectiune a motorului KIWI B4D

 

Va urma.

Marian Dumitriu (Checkmate)

Surse:
1. Jungmin Kang, Frank N. von Hippel – U-232 and the Proliferation Resistance of U-233 in Spent Fuel, Science & Global Security, Volume 9 pp 1-32, 2001
2. http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq6.html#nfaq6.2

3. https://science.sciencemag.org/content/160/3831/953
4. https://www.osti.gov/servlets/purl/1132518
5. TRW Space Technology Laboratories – Mission oriented advanced nuclear system parameters study, 1965
6. https://www.osti.gov/servlets/purl/4098602

7. Bussard report, 1953
8. W.H. Robbins, H.B. Finger – An Historical Perspective of the NERVA Nuclear Rocket Engine Technology Program, 1991
9. James A Dewar – To the end of the solar system : the story of the nuclear rocket, 2015
10. Solid Core NTR ( https://beyondnerva.com/nuclear-thermal-propulsion/solid-core-ntr/ )
11. NTR Hot Fire Testing Part I: Rover and NERVA Testing ( https://beyondnerva.com/2018/06/18/ntr-hot-fire-testing-part-i-rover-and-nerva-testing/ )
12. http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist2.php#id–Nuclear_Thermal
13. David S. Portee – Think Big: A 1970 Flight Schedule for NASA’s 1969 Integrated Program Plan ( https://spaceflighthistory.blogspot.com/2016/01/thinking-big-traffic-model-for-nasa.html )
14. David S. Portee blog ( http://spaceflighthistory.blogspot.com/2016/02 )
15. Scott Lowther Nerva articles ( http://www.aerospaceprojectsreview.com/blog/?s=nerva&searchsubmit= )

16. Nuclear weapon design ( https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon_design )

The post Stele verzi – Rover, ‘dulaul’ astronuclear (episodul 6) appeared first on Romania Military.

Articol original

Stele verzi – Rover, ‘dulaul’ astronuclear (episodul 4)

Seria KIWI

Prima faza a proiectului Rover s-a denumit KIWI, motoarele in sine fiind parte dintr-o serie care incepea cu numele etapei si apoi modelul exact al reactorului. Era denumit dupa pasarea nezburatoare, deoarece nu era menit a fi folosit intr-un zbor, ci de a verifica ipotezele referitoare la operatiunea unui astfel de motor, testarea materialelor, regimul de control si, in general, fezabilitatea tehnologica a construtirii unui astfel de motor. De asemenea, se spare ca va fi dobandita o experienta operationala bogata in domeniul hidrogenului lichid. Seria KIWI a constat din 8 motoare, construite si testate intr 1959 si 1964.
 

KIWI A

A fost primul motor din seria KIWI, si a fost testat pe 1 Iulie 1959. Articolul era de forma cilindrica, inalt de 132.7 cm si cu un diametru de 83.8 cm. Primii 5 ani din programul Rover au fost dedicati acestui design, pentru ca a intampinat multiple probleme majore care au necesitat reproiectari de amploare.

Cosntruit la Los alamos, era proiectat sa produca o putere termica de 100 MW (foarte modest comparativ cu design-uri ulterioare, dar necesar din motive de siguranta). Avea o cavitate interioara ce continea apa grea pentru a permite un efect de moderare (reducand cantitatea de material fisionabil necesara) si racire. Tijele de control erau situate in aceasta cavitate centrala, care era inconjurata de 960 de placute cu combustibil incarcate cu particule de oxid de uraniu cu un diametru de 4 micrometrii, aranjate in 4 straturi. Urma un strat exterior alcatuit din 240 de placi de grafit pur. Miezul era inconjurat cu un strat moderator suplimentar, constand din fibra de grafit, si tot ansamblul era incapsulat intr-o vas de aluminiu. A fost singurul motor ce a folosit elemente de combustibil sub forma de placi. Mai mult, a fost singurul test ce a folosit elemente de combustibil neprotejate impotriva efectului hidrogenului coroziv.

Duza de evacuare era de tip convergent-divergenta si era fabricata de Rocketdyne. Realizata din otel nichelat, era cu perete dublu si racita cu apa. Fluxul trebuia sa fie in regim sonic (sau transonic in terminologie moderna) in zona gatului.Masa de reactie era hidrogen gazos.

Puterea atinsa in timpul testului a fost de 70 MW, cu un debit de 3.2 kg/sec. Desi motorul a functionat vreme de 5 minute, a intampinat probleme care i-au fost fatale. Elementele de combustibil erau proiectate avand in vedere o temperatura de topire de 2683 K. In schimb, in timpul testului, au fost atinse temperaturi de 2900 K. Aceasta s-au datorat unui capac de grafit care inchidea incinta cu apa grea la un capat, menit a asigura inchidierea ermetica si a fixa pozitia fibrelor de grafit.

In timpul testului, acest capac s-a fragmentat violent, patrunzand in motor, ca mai apoi fragmentele sale sa fie expulzate cu putere prin evacuare. Odata cu ele, fibrele de grafit din jurul incintei au patruns si ele in orificiul motorului, fiind apoi la randul lor, expulzate cu violenta. Ca atare, o parte din hidrogen s-a scurs din zona de productie a puterii. In acelasi timp, temperaturile inalte, socurile si fluxul coroziv de hidrogen au afectat puternic elementele de combusitibl. Cu alte cuvinte, motorul si-a „sughitat” o parte din componente.

Diagrame ilustrand pozitionarea componentelor interioare si cursul fluxului de hidrogen prin miez (se remarca pozitia fibrelor de grafit si a capacului de retentie aventuros)

In ciuda accidentului neprevazut, experimentul a demonstrat fezabilitatea folosirii unui reactor nuclear de inalta temperatura racit cu gaze pentru propulsie nucleara. De asemenea, analiza post-mortem a oferit informatii importante referitoare la elementele de combustibil si dispunerea lor.
 

KIWI A’

KIWI A’ (A-Prime) a fost al doilea motor din seria KIWI A si a constat dintr-o varianta puternic modificata a prototipului anterior. Scopul propus era de a atinge pragul anterior nerealizat, de 100 MWth, o mentinere a acestuia pentru aproximativ 5 minute si o temperatura la evacuare de 2206 K, mentinuta prin ajustarea debitului prin motor. De asemenea, au fost propuse 4 obiective secundare:

• investigarea integritatii structurale a motorului in conditiile de operare normale
• masurarea efectelor de coroziune asupra elementelor de combustibil si a moderatorului
• stabilirea prin masuratori indirecte a coeficientului de temperatura a reactivitatii miezului
• investigarea efectului pe care schimbari bruste de debit si putere il pot avea asupra operarii miezului

Spre deosebire de prototipul anterior, elementele de combustibil erau invelite intr-un strat de carbura de niobiu (NbC), creeate prin depunere chimica de vapori. O alta diferenta era ca in locul unor placi, elementele erau cilindrii extrudati cu patru canale de racire. Cilindrii erau segmentati in bucati de lungime scurta. Aceste bucati erau combinate cu un strat exterior de grafit pentru a creea un ansamblu modular.6 cilindrii incapeau intr-un astfel de manunchi de grafit. Fiecare element de combustibil astfel creeat era lung de 137 cm. In interior, ansamblul alimentat era lung de 129.5 cm si cu un diametru de 1.9 cm.

In teste, prima incercare de aprindere a fost intrerupta prematur. Incidentul s-a datorat unui dezacord intre masuratorile a doua instrumente. Rezultatul a fost un SCRAM (oprire dura) automat.

Al doilea test a avut ca rezultat tot o intrerupere brusca. De data asta, sistemul de aprindere a hidrogenului evacuat, gandit sa arda hidrogenul (potential contaminat) pentru a preveni raspandirea lui pe o arie mare, nu s-a aprins datorita unei probleme la alimentarea cu metan.

Testul final a avut ca rezultat o aprindere cu succes, motorul atingand o putere de 88 MWth. Acest nivel a fost mentinut vreme de 307 secunde, cu o temperatura medie la evacuare de 2178 K. Insa, cu 36 de secunde inainte de sfarsitul testului,s-a manifestat o perturbatie puternica. La acel moment, puterea masurata a scazut la 18.4 MWth si si-a revenit in doua secunde. Perturbatia a fost cauzata de pierderea unui segment de modul de combustibil (!), impreuna cu invelisul de grafit al modulului (!!). Observatorii au observat acest fenomen sub forma unei ploi de fragmente incandescente iesite din evacuare. Catre sfarsitul testului, inca doua perturbatii de putere s-au materializat, fiecare rezultand din pierderea unui element de combustibil.

Diagrama prezentand structura interna a unui element de combustibil

Structura interna si constructia miezului reactorului

 

KIWI A3

Acesta a fost ultimul model din seria KIWI A, si a fost proiectat pentru a testa performantele (altminteri marginale) ale miezului modular al reactoarelor precedente.Obiectivul era de a opera ansamblul la o putere de 92 MWth vreme de 250 secunde, si o temperatura de 2173 K, controlata prin varierea debitului. Obiectivele secundare erau:

• analizarea integritatii structurale in conditiile de operare normale
• determinarea efectelor fluxului asupra elementelor de combustibil noi
• determinarea coeficientului reactiv de temperatura a miezului

Dupa cum am mentionat, elementele de combustibil nu mai erau placat cu depunere prin vapori, ci prin electrodepunere metalica de niobiu care era apoi carburizat chimic. Pe langa asta, elementele de combustibil erau mult mai riguros testate inainte de a fi instalate, pentru a preintampina aparitia unor incidente. Lungimea elemetelor de combustibil era de 68.58 cm, si erau monolitice (inlocuind modulele din trei amsamble mici, de 22.86 cm, folosite anterior). In felul acesta se simplifica constructia iar ansamblul promitea sa fie mai robust.

Testul motorului a avut loc pe 19 Octombrie 1960, si trebuia sa atinga puterea de 50 MWth, care urma sa fie mentinuta vreme de 106 secunde. Scopul era calibrarea instrumentelor de masura si pre-testarea componentelor. Puterea urma sa fie crescuta la 92 MWth si mentinerea acestei puteri vreme de 250 secunde, cu o temperatura de evacuare de 2173 K.

In timpul testului, insa, au avut loc o serie de devieri de la plan. Cand puterea a atins 50 MWth, temperatura de evacuare era de 1611 K si in crestere, desi debitul era mentinut constant la valoarea de 2.27 kg/sec (desi analizele ulterioare au aratat ca debitul real era de 2.36 kg/sec). 30 de secunde mai tarziu, temperatura de evacuare a atins 1861 K, mult mai mare decat nivelul specificat de 1528 K.

Motivul pentru aceasta discrepanta era ca debitul REAL era cu 7.8% mai mic decat cel specificat (2.56 kg/sec). Asadar fiecare gram de combustibil era fortat sa absoarba mai multa caldura. De asemenea, puterea masurata prin indicatorul neutronic era cu 15% mai mica decat puterea reala determinata dupa test (ne reamintim ca nu doar motoarele erua experimentale, ci si instrumentele).Temperatura era asadar cu 22% mai mare. Ca atare, debitul a fost marit pana la limita maxima posibila de ajustare (10% din nivelul masurat, ceea ce insemna 2.45 kg/sec). Chiar si asa, temperatura nu a scazut, insa, semnificativ, ajungand la valoarea de 1833 K.

Dupa 159 de secunde de operare la jumatate de capacitate, puterea a fost marita la 90 MWth. Pentru a stabiliza temperatura de evacuare la valoarea de 2173 K, debitul a fost din nou marit la 3.81 kg/sec.

Pe durata operarii la acest prag de putere, reactorul a trecut printr-o serie de fluctuatii, cu o diferenta intre varfuri de 13 MWth. Desi cauza acestor oscilatii nu era aparenta, se pare ca de vina era un operator care interactiona cu o sonda de putere neutronica, ajustand pozitia tamburului de display folosind un potentiometru actionat manual.

In realitate, analizele ulterioare au aratat ca, de fapt, motorul a operat la o putere de 112.5 MWth pe parcursul celor 259 secunde. Desi puterea reactorului era, astfel, cu 22% mai mare decat trebuia, capacitatea suplimentara de racire a reusit sa compenseze surplusul.

In analiza post-mortem, s-a descoperit ca miezul suferise pagube structurale, indicand ca, in ciuda tuturor incercarilor de pana in acel moment, grafitul nu putea avea si functie structurala. Era prea fragil. Elementele de combustibil suferisera si ele fracturi, vezicare si coroziune, insa magnitudinea lor era mult inferioara celor suferite de prototipurile precedente.

La fel ca si pana atunci, fibrele de carbon aflate in miez si in dreptul reflectoarelor erau in conditie proasta, indicand ca inca erau scapari de hidrogen din canale.Cilindrul reflector a fost si el dezasamblat, si verificat pentru a vedea daca prezenta crapaturi, decolorari sau alte defecte. Acestea nu au fost descoperite, pagubele minore datorandu-se, probabil, manipularii lor in timpul dezasamblarii.

Per total, desi seria KIWI A a fost o lectie dura in proiectarea reactoarelor, multe invataminte au putut fi trase. Printre ele, era aceea ca reactorul trebuia sa contine elemente mult mai robuste decat era de asteptat, ca grafitul putea fi folosit in cantitati mult mai mici decat se considerase necesar pana atunci, si ca, per total, realizarea unor motoare nucleo-termice pentru rachete era fezabila.

Diagrama in sectiune a modelului KIWI-A3

 

Va urma.

Marian Dumitriu (Checkmate)

Surse:
1. Jungmin Kang, Frank N. von Hippel – U-232 and the Proliferation Resistance of U-233 in Spent Fuel, Science & Global Security, Volume 9 pp 1-32, 2001
2. http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq6.html#nfaq6.2

3. https://science.sciencemag.org/content/160/3831/953
4. https://www.osti.gov/servlets/purl/1132518
5. TRW Space Technology Laboratories – Mission oriented advanced nuclear system parameters study, 1965
6. https://www.osti.gov/servlets/purl/4098602

7. Bussard report, 1953
8. W.H. Robbins, H.B. Finger – An Historical Perspective of the NERVA Nuclear Rocket Engine Technology Program, 1991
9. James A Dewar – To the end of the solar system : the story of the nuclear rocket, 2015
10. Solid Core NTR ( https://beyondnerva.com/nuclear-thermal-propulsion/solid-core-ntr/ )
11. NTR Hot Fire Testing Part I: Rover and NERVA Testing ( https://beyondnerva.com/2018/06/18/ntr-hot-fire-testing-part-i-rover-and-nerva-testing/ )
12. http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist2.php#id–Nuclear_Thermal
13. David S. Portee – Think Big: A 1970 Flight Schedule for NASA’s 1969 Integrated Program Plan ( https://spaceflighthistory.blogspot.com/2016/01/thinking-big-traffic-model-for-nasa.html )
14. David S. Portee blog ( http://spaceflighthistory.blogspot.com/2016/02 )
15. Scott Lowther Nerva articles ( http://www.aerospaceprojectsreview.com/blog/?s=nerva&searchsubmit= )

16. Nuclear weapon design ( https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon_design )

The post Stele verzi – Rover, ‘dulaul’ astronuclear (episodul 4) appeared first on Romania Military.

Articol original

Stele verzi – Rover, ‘dulaul’ astronuclear (episodul 3)

Facilitatile de testare

Motoarele KIWI urmau sa fie testare intr-un complex de la Jackass Flats, Nevada. Zona a fost aleasa datorita distantei fata de orice asezare umana si proximitatii fata de poligonul de testari al armelor nucleare (facand ca grijile legate de eventuale contaminari radioactive sa fie considerate irelevante…initial).

Motoarele KIWI soseau gata asamblate de la Los Alamos, impreuna cu un contingent de cercetatori, ingineri si tehnicieni. Procedura obisnuita cerea o verificare a motorului, urmata de atasarea sa la liniile electrice si de hidrogen. Motorul ramanea atasat de vagonul specializat pe care era transportat pe toata durata testelor, duza de evacuare a hidrogenului fiind indreptata in sus, pe verticala, pentru a nu contamina solul si a permite o dispersie eficienta a eventualelor impuritati radioactive. Programul cerea o testare a motoarelor pana la distrugere sau pana la o putere prestabilita.

Dupa finalizarea testului, amsamblul vagon-motor era transportat pana la o portiune indepartata a complexului pentru a se „raci” (cu alte cuvinte, pana cand izotopii instabili generati in timpul functionarii dispareau). Apoi era transportat in facilitatil specializate, dezasamblat si examinat.

Facilitatile despre care vorbim erau, in multe privinte, similare celor folosite pentru fabricarea dispozitivelor militare explozive si a tijelor de combustibil pentru reactoare. Denumite colocvial „hot cells” (celule fierbinti), ele erau incaperi blindate cu pereti ecranati si ferestre realizate din compusi cristalini transparenti, precum borosilicate de plumb.

In interior erau dispozitive de traductanta mecanica sau electromecanica, adica brate robotizate denumite populare „Waldos”.

Intregul complex de dezasamblare se numea „Reactor Maintenance and Disassembly Building” (R-MAD). Diferenta fata de o celula fierbinte obisnuita era data de marimea sa: 76 de metrii lungime, 43 de metrii latime si inalta de 19 metrii. Pe langa aparatura stiintifica, cladirea era practic si un depou de cale ferata, permitand transportul direct al motoarelor racite.
 

Imagine aeriana cu R-MAD

Pe langa verificari structurale, R-MAD continea si aparate menite sa studieze schimbari cristalografice pentru materialele folosite in reactoare, pentru a vedea efectul pe care il avea radiatia asupra aliajelor metalice folosite.

De asemenea, aparatura speciala era folosita pentru a examina raportul izotopilor din motor cu scopul de a determina cantitatea totala de energie care fusese eliberata (si astfel afla puterea generata de motor pe parcursul testului).

Suprafata totala pusa la dispozitia programului Rover era de 127,200 hectare. In afara de R-MAD, locatia avea la dispozitie si o serie de sine de cale ferata (cu o lungime totala de 19 km) si zonele unde aveau loc aprinderile motoarelor, denumite celule de testare (test cell).

Prima dintre acestea (Test Cell A) avea o serie de butelii de hidrogen, si un perete de protectie gros de 0.91m menit a umbri instalatiile electronice de radiatia puternica emisa de motor. Camera de control era situata intr-un buncar la 3.2 km distanta.

O a doua celula de testare (Test Cell C) a fost finalizata in 1964, moment in care putem spune ca baza de cercetare a fost terminata (dupa 7 ani de constructie). Ea continea o serie de rezervoare de capacitate mai mare decat Test Cell A, precum si instalatii de condensare, permitand ciclii de functionare mai lungi.

De asemenea au fost adaugate si o serie de instalatii anexe, precum o a doua cladire de dezasamblare a motoarelor (Engine Maintenance and Disassembly Building – E-MAD) si trei standuri de testare a motoarelor (dintre care numai unul a fost finalizat pana la sfarsitul programului : ETS-1 ).

In final, in 1962, intregul complex a primit denumirea oficiala de Nuclear Rocket Development Station (NRDS).

Harta complexului Rover, oficial numit NRDS

 

Instalatii de pre-testare

Dupa cum am mentionat mai devreme, motoarele soseau la NRDS gata asamblate de la Los Alamos. Asta nu inseamna, insa, ca subansamble individuale nu erau testate inainte de montarea lor in reactor. Los Alamos a construit mai multe standuri specializate menite a verifica functionalitatea componentelor inainte de asamblare finala.

Primul a fost denumit „Fagurele” (Honeycomb) si era o instalatie de testare a tijelor de combustibil. Acestea erau fixate pe pozitie de un grilaj de aluminiu (un material transparent radiatiei neutronice). In ele erau inserate, si caracterizate, prisme de combustibil nuclear, reflectoare, moderatori si materiale absorbante de radiatie, intr-o configuratie atent asamblata (pentru a preintampina conditii de criticalitate accidentala; a se vedea accidentele cu „Demon Core”).
Scopul sau era de a vedea daca comportamentul ansamblelor se potrivea cu datele obtinute de modelele teoretice. Cu alte cuvinte, daca teoreticul e de acord cu practicul, si daca o configuratie nou obtinuta merita sa avanseze la etapele urmatoare, pentru a se tranforma, intr-un final, intr-un motor.

Un alt ansamblu experimental era o copie a unui reactor KIWI sectionat, cu o incinta de apa grea in mijloc pentru a reduce cantitatea de material fisionabil necesar atingerii pragului critic. Acest ansamblu a fost denumit Zepo-A, si a fost modificat pentru fiecare iteratie de motor ce urma sa fie testat in Nevada. Era folosit pentru caracterizare neutronica la temperaturi reduse (adica radiatie fara caldura)

Instalatii de testare de la Los Alamos: Fagurele si Zepo-A (A se observa moderatorul din fibra de grafit folosit la Zepo)

In final, complexul de la Los Alamos avea si instalatii de testare cu gaze fierbinti, denumite colocvial si „furnale”. Intregul scop al acestor standuri era sa caracterizeze elementele de combustibil la temperaturi inalte, in flux de hidrogen, fara a le iradia (caldura, dar fara radiatie). In loc de energie nucleara, instalatia utiliza incalzitoare rezistive pentru a mari temperatura elementelor.

Ea a devenit din ce in ce mai importanta pe parcursul programului, pe masura ce configuratia elementelor de combustibil (in speta a compozitului de grafit) a devenit mai sofisticata (spre exemplu, intial se folosea pudra de grafit, dar mai apoi s-a utilizat un amestec de pudra si fulgi, fixati cu o rasina epoxilica termo-fixata; particulele de combustibil s-au schimbat si ele, de la oxid de uraniu fara incapsulare, la carbura de uraniu incapsulata in zircon).

Celulele de testare cu hidrogen fierbinte, asa-numitul furnal nuclear

imagine schematica continand toate cele trei instalatii importante (Fagurele, Zepo-A, furnalul electric gazodinamic)

Desi descrierea lor in acest articol pare superflua, importanta pe care aceste instalatii (si reactorul Plum Brooke, operat de NASA) au jucat-o in succesul tehnologic al proiectului Rover nu poate fi
subestimata.

Spre exemplu, cand se contruia motorul KIWI-B4, modele experimentale initiale (atat pe „Fagure” cat si, mai riguros, pe Zepo-A) aratau o reactivitate buna si o capacitate de control acceptabila. Insa, in timp ce echipa de la Los Alamos asambla reactorul, s-a descoperit ca exista un exces de reactivitate, facand asamblarea imposibila (sau fatala si potential extrem de distructiva).

Ca atare, s-au folosit elemente inerte si otravuri neutronice pentru a contracara efectul de reactivitate excesiva. Testari mai stringente au arata ca particulele de carbura de uraniu suspendate in matricea de grafit sufereau hidroliza. Compusii chimici astfel formati mareau efectul de moderare si cresteau reactivitatea miezului.

Ca atare, mai tarziu s-a decis folosirea unor particule mai mari de UC2, incapsulate individual, pentru a contracara hidroliza.

Asadar aceste instalatii asigurau siguranta testelor de la Nevada si furnizau date importante pentru munca de design de la Westinghouse si munca de productie de la Oak Ridge National Lab.

Etapele de proiectare ale unui motor nuclear

 

Provocari

Am descris cele de mai sus pentru a ilustra un singur lucru: programul era mult mai serios decat nota de subsol care ii este acordata astazi. Resurse enorme au fost investite in el, si era privit cu maxima seriozitate ca fiind calea catre viitor. Iar aceste resurse erau necesare, pentru ca tehnologiile folosite reprezentau varful sangerand al tehnologiei de la acea vreme.

Provocarile pe care echipa din Nevada le-a intampinat depaseau cadrul unor simple teste de sisteme nucleare. Hidrogenul este un material notoriu de dificil de folosit datorita dimensiunilor sale moleculare extrem de reduse. Are tendinta sa se infiltreze in porii structurilor metalice, necesita valve realizate cu tolerante foarte reduse, si cand este expus atmosferei, prezinta un pericol de explozie major. Colac peste pupaza, acesteau erau vremurile timpurii ale experimentelor cu H2. Chiar si in ziua de astazi, folosirea hidrogenului lichid nu e o procedura de rutina. O exemplificare a acestui fapt este lansarea unei rachete Delta-IV, care pare ca sufera o deflagratie pe rampa, datorita scurgerilor de hidrogen din valve, cordoane de sudura si garnituri, precum si din peretii rezervoarelor – auto-incendierea rachetei e procedura standard de operare!

In anii 50 si 60, aceste probleme erau inca in curs de cercetare. Mentionam aici statia de cercetare de la Plum Brook, care avea rolul de a explora tehnici de manipulare a substantei. Echipament criogenic, metode de densificare, transport, testari fizice pentru senzori, etc; vasta majoritate a procedurilor moderne pentru folosirea LH2 vin de la dansii. Si succesul lor era crucial pentru Rover, caci, dupa cum am mai mentionat, hidrogenul este cea mai usoara molecula cunoscuta, si ca atare, este necesara pentru obtinerea vitezelor de evacuare mari.

Reactoarele de la KIWI-A pana la KIWI-B1A foloseau hidrogen in forma comprimata gazoasa, tocmai fiindca echipamentul planificat a fi utilizat suferise intarzieri (probleme de constructie, de sudura, la valve, incendii, etc). Aceste probleme s-au manifestat si la Jackass Flats, cauzand unele dintre incidentele mai spectaculoase ale programului. Incendiile erau o problema comuna, ba chiar un accident in timpul instalarii unei conducte de combustibil a cauzat pagube majore unuia dintre vagoanele-platforma (dar minimal reactorului, care era extrem de solid construit), instrumentatiei si adapostului. Acelasi test a mai suferit doua incendii similare de scara mai mica, care au costat programul o luna de intarziere.

Desi masa de reactie era sursa multor probleme, altele erau rezultatul faptului ca aceste motoare foloseau tehnologii nucleare ce depaseau cu mult limitele tehnologiei la acel moment. A afirma ca ele foloseau metode de constructie noi e foarte putin spus. Compusi care reprezentasera doar posibilitati teoretice cu cativa ani (in unele cazuri, cateva luni!) inainte erau folosite. Si nu pentru orice, ci pentru a construi reactoare inovative, care operau la temperaturi foarte mari, prezentau fenomene chimice si neutronice practic necunoscute… si care pe deasupra, erau si motoare de racheta!

Aliaje noi, forme noi de grafit, metode experimentale pentru incapsulare menite a preveni atacul hidrogenului… Toate erau teoretizate, apoi repede fabricate, apoi modificate din mers. Si repede, caci totul era o competitie. In multe cazuri (mai ales incapsularea combustibilului) aceste cercetari continua la un nivel redus si in ziua de azi, dar cu aportul tehnologiilor de micro-imagistica si a unei jumatati de secol de avansuri in tehnologia materialelor si metode numerice. Acestea sunt, efectiv, la ani lumina de ce aveau la dispozitie inginerii si cercetatorii la acel moment.
Principiile hidrodinamice nu erau deplin intelese, tipologia vibratiilor si incarcarilor mecanice nu puteau fi prezise, si interactiunile chimice la asemenea temperaturi prezentau alte necunoscute.

Asadar, acestea constituiau majoritatea problemelor intalnite la Jackass Flats.

Ca sa exemplificam, una dintre probleme intalnite preponderent in testele initiale a fost despicarea elementelor de combustibil pe axa scurta. Fluxul de hidrogen era astfel perturbat, matricea de grafit era expusa si atacata vorace de acesta. Ea se dizolva, expunand combustibil intact, dar si produsi de fisiune, care erau preluati de gazele de mare viteza. De obicei, aceste particule erau evacuate prin ajutaj, dar in cazul uraniului, s-a dovedit ca avea o tendinta de a colecta in partile cele mai fierbinti ale reactorului. In alte cazuri, bucati mari de elemente de fisiune erau ejectate, imprastiind in aer combustibil partial reactat – de obicei, sub forma de aerosoli. Astazi, asta ar fi total inacceptabil, dar asta era era testelor atomice supraterane (care, de altfel, nu se desfasurau departe).

Rand pe rand, aceste provocari au fost adresate pe parcursul programului. Unele in maniera deplina, altele cu nota de subsol sau satisfacator. Ele erau mai prevalente la inceputul programului, si, mai tarziu, au fost citate in decizia Congresului de a opri finantarea programului (desi, trebuie sa spunem, ca, in lipsa unei misiuni martiene, dupa finalizarea Apollo, sistemele nu mai erau privite ca fiind necesare). Aceste teste erau TIMPURII, folosind materiale care nu reprezentasera altceva decat un concept in imaginatia unui inginer cu numai cativa ani inainte. Si daca Luna parea extrem de dificila, Marte era de 200 de ori mai indepartata.

Va urma.

Marian Dumitriu (Checkmate)

Surse:
1. Jungmin Kang, Frank N. von Hippel – U-232 and the Proliferation Resistance of U-233 in Spent Fuel, Science & Global Security, Volume 9 pp 1-32, 2001
2. http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq6.html#nfaq6.2

3. https://science.sciencemag.org/content/160/3831/953
4. https://www.osti.gov/servlets/purl/1132518
5. TRW Space Technology Laboratories – Mission oriented advanced nuclear system parameters study, 1965
6. https://www.osti.gov/servlets/purl/4098602

7. Bussard report, 1953
8. W.H. Robbins, H.B. Finger – An Historical Perspective of the NERVA Nuclear Rocket Engine Technology Program, 1991
9. James A Dewar – To the end of the solar system : the story of the nuclear rocket, 2015
10. Solid Core NTR ( https://beyondnerva.com/nuclear-thermal-propulsion/solid-core-ntr/ )
11. NTR Hot Fire Testing Part I: Rover and NERVA Testing ( https://beyondnerva.com/2018/06/18/ntr-hot-fire-testing-part-i-rover-and-nerva-testing/ )
12. http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist2.php#id–Nuclear_Thermal
13. David S. Portee – Think Big: A 1970 Flight Schedule for NASA’s 1969 Integrated Program Plan ( https://spaceflighthistory.blogspot.com/2016/01/thinking-big-traffic-model-for-nasa.html )
14. David S. Portee blog ( http://spaceflighthistory.blogspot.com/2016/02 )
15. Scott Lowther Nerva articles ( http://www.aerospaceprojectsreview.com/blog/?s=nerva&searchsubmit= )

16. Nuclear weapon design ( https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon_design )

The post Stele verzi – Rover, ‘dulaul’ astronuclear (episodul 3) appeared first on Romania Military.

Articol original