Jednym z takich napedów jest zaprezentowany przez naukowców pomysł wirującego termicznego silnika jądrowego (ang. Centrifugal Nuclear Thermal Rocket, CNTR), który — jeżeli powstanie — może zrewolucjonizować podbój przestrzeni kosmicznej. W przeciwieństwie do tradycyjnych silników CNTR wykorzystuje jako paliwo stopiony uran. Co jednak ciekawe, według pomysłodawców, silnik ten mógłby zaoferować naukowcom niemal dwukrotnie większą wydajność w porównaniu z tradycyjnymi napędami chemicznymi i obecnie rozwijanymi pomysłami silników jądrowych.
W odróżnieniu od klasycznych termicznych napędów jądrowych (NTP), które używają paliwa stałego, CNTR bazuje na ciekłym paliwie. To właśnie dzięki temu silnik miałby osiągać impuls właściwy na poziomie około 1500 sekund — znacznie więcej niż 900 sekund, do których zmierza realizowany przez NASA program napędu jądrowego DRACO, który miałby opierać się na stałym paliwie jądrowym. Dla porównania: napędy chemiczne osiągają średnio 450 sekund. Silniki jonowe nie pasują tutaj do porównania, bowiem choć są bardziej efektywne, generują znacznie niższy ciąg.
Czytaj także: Statki kosmiczne wyposażone w napęd atomowy już wkrótce. Kto zbuduje pierwszy?
W silniku CNTR ciekły uran zostaje rozgrzany do ekstremalnych temperatur wewnątrz obracającego się cylindra, który pełni funkcję wirówki. Siła odśrodkowa utrzymuje stopione paliwo przy ścianach cylindra, a przez objętość uranu w bąblach wydostaje się gaz wodorowy, który podgrzany wylatuje przez dyszę silnika, generując tym samym ciąg.
Kluczowym elementem konstrukcji zaprojektowanej przez naukowców z University of Alabama jest zwiększenie „delta-v” statku kosmicznego — czyli całkowitej zmiany prędkości możliwej do osiągnięcia — bez istotnego obniżenia ciągu. Dzięki temu możliwe byłoby skrócenie czasu podróży międzyplanetarnych i poprawa ogólnej wydajności.
Warto tutaj jednak podkreślić, że przed naukowcami jeszcze mnóstwo pracy, zanim będą w stanie stworzyć działający prototyp. Jednym z głównych problemów jest kontrola reakcji jądrowych i stabilizacja temperatury wewnątrz silnika. Aby to osiągnąć, badacze wprowadzili do teoretycznego modelu silnika izotop erb-167. Mało tego, problemem jest także poradzenie sobie z radioaktywnymi produktami ubocznymi, takimi jak ksenon i samar, które mogą zakłócać reakcję rozszczepienia. Jak na razie naukowcy opracowują w swoich modelach najlepsze metody ich bezpiecznego i wydajnego usuwania.
Innym istotnym zagadnieniem jest zachowanie się pęcherzyków wodoru w stopionym uranie. Efektywny transfer ciepła zależy od zrozumienia ich dynamiki. Naukowcy prowadzą badania przy użyciu dwóch układów eksperymentalnych: statycznego „Ant Farm” oraz wirującego „BLENDER II”, który z pomocą obrazowania rentgenowskiego pozwala obserwować przepływ pęcherzyków w cieczach będących analogami uranu. Dokładne odwzorowanie ich zachowania w warunkach pracy silnika stanowi jednak ogromne wyzwanie.
Czytaj także: Reaktor jądrowy, który nie wymaga wody. Rewolucyjna technologia trafiła do pierwszego kraju
Symulacje wskazują, że w optymalnych warunkach napęd CNTR mógłby osiągnąć impuls właściwy nawet do 1512 sekund. Byłoby to jednak możliwe tylko przy zwiększeniu liczby wirówek i prędkości ich obrotu w stosunku do pierwotnych założeń.
Warto tutaj jednak zwrócić uwagę na fakt, że naukowcy muszą jeszcze przyjrzeć się problemowi strat paliwa jądrowego. Wszak jeżeli uran będzie wyciekał z wirówki przez dyszę wraz z wodorem, drastycznie obniży wydajność silnika. Z tego też powodu naukowcy analizują możliwość wykorzystania dielektroforezy (DEP), która mogłaby umożliwić odzyskiwanie niemal całości odparowanego uranu, a tym samym długofalowe zachowanie wydajności silnika. Wyzwań jest zatem sporo, ale kierunek z pewnością właściwy i interesujący. CNTR może stać się kluczowym elementem przyszłych misji załogowych i bezzałogowych — skracając czas lotów, zwiększając elastyczność planowania i znacząco poszerzając nasze możliwości eksploracji Układu Słonecznego.