El Cohete Impulsado por Fusión

Una razón muy convincente para investigar la aplicabilidad de la energía nuclear en cohetes es la inmensa ganancia de densidad energética del combustible nuclear en comparación con la energía de combustión química. El cohete impulsado por fusión (FDR) representa un nuevo enfoque a la propulsión por fusión donde la fuente de energía libera su energía directamente en el propulsor, sin necesidad de conversión a electricidad. Emplea un propulsor de litio sólido que no requiere una masa significativa de tanque. El propulsor se calienta rápidamente y se acelera a alta velocidad de escape (> 30 km/s), sin tener una interacción física sustancial con la nave espacial, evitando así daños al cohete y limitando la carga térmica y, por lo tanto, la masa del radiador. El concepto de FDR está basado en investigaciones realizadas en MSNW y la Universidad de Washington sobre implosiones impulsadas magnéticamente de bandas de metal delgadas sobre plasmoides magnetizados para lograr fusión nuclear. Aquí, las bandas de litio son impulsadas inductivamente para converger radial y axialmente formando una gruesa manta que rodea al plasmoide. Casi toda la energía radiante, de neutrones y de partículas del plasma de fusión es absorbida por la concha encapsulante, aislando así el propulsor y la nave espacial de la intensa liberación de energía. Esta energía, además del potente calentamiento óhmico en la concha con compresión de campo magnético pico, es adecuada para vaporizar e ionizar el litio. La expansión de este propulsor metálico caliente e ionizado se inhibe de regresar al propulsor, ya que se produce dentro de una gran región llena de un campo magnético axial divergente. La energía térmica del propulsor se convierte, en consecuencia, en un alto empuje a un Isp óptimo a través de esta boquilla magnética. La fuerza electromotriz inversa del compresión del flujo magnético debido al plasma de litio en expansión puede ser utilizada para reabastecer la energía eléctrica necesaria para pulsos subsiguientes. Este documento describe estos elementos clave del concepto FDR y el estado de su desarrollo actual. Estos incluyen: 1) Los resultados de las pruebas de laboratorio de la compresión de la banda de metal con suficiente energía cinética de la lámina implosionada (~ 0.5 MJ) para alcanzar las condiciones requeridas para condiciones de equilibrio de fusión. (2) Los resultados tanto de un código 1D para analizar la dinámica de la implosión de la banda de metal impulsada magnéticamente, así como de un cálculo completo en 3D de ANSYS® de la dinámica de la implosión. (3) Basado en estos resultados, se formularon el diseño de la nave espacial FDR y el presupuesto de masa. (4) Se desarrolló una variedad de arquitecturas de misión para las cuales FDR sería habilitante, incluyendo una misión tripulada a Marte de lanzamiento único y rápido que se describe.