Mercoledì 26 luglio la NASA e l’agenzia DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) hanno annunciato di aver selezionato un pool di aziende, capitanato dalla Lockheed Martin di Littleton, Colorado, per la progettazione, la costruzione e la fase di test del veicolo dimostratore a propulsione nucleare DRACO.
Il programma DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) testerà nello spazio un razzo nucleare entro il 2027.
«Lavorare con DARPA e le altre compagnie dell’industria spaziale commerciale favorirà lo sviluppo tecnologico che ci servirà per inviare esseri umani su Marte» ha dichiarato Pam Melroy, vice amministratore della NASA. «Questa missione dimostrativa sarà un passo cruciale per raggiungere i nostri obiettivi finali della Luna e di Marte, per il trasporto degli equipaggi nello spazio profondo».
NASA e DARPA sono unite nel programma DRACO per lo sviluppo della tecnologia propulsiva nucleare termica (Nuclear Thermal Propulsion – NTP). Per la NASA, la propulsione nucleare è una delle principali risorse per la programmazione delle missioni con equipaggio destinate a Marte.
Un razzo a propulsione nucleare permetterebbe di rendere i viaggi per e dal Pianeta Rosso più veloci e quindi più brevi, riducendo la complessità delle missioni e i rischi per l’equipaggio. Questo tipo di razzo potrebbe essere efficiente più del doppio dei convenzionali razzi chimici, il che significa che richiederebbe di poter imbarcare meno propellente e di poter giocoforza trasportare più equipaggiamento sia scientifico sia logistico. Un razzo a propulsione nucleare inoltre, renderebbe disponibile più energia per le varie strumentazioni e per i sistemi di comunicazione.
Nell’ambito dei termini dell’accordo, Lockheed Martin è responsabile della progettazione, dell’integrazione e delle fasi di test del veicolo spaziale.
BWX Technologies, di Lynchburg, Virginia, è responsabile per la progettazione e la costruzione del reattore a fissione nucleare che darà energia al motore.
Il contributo di BWX Technologies
L’energia generata dal reattore fornito dalla compagnia di Lynchburg, attiverà il sistema propulsivo che permetterà a DRACO di manovrare nello spazio con grande velocità e una migliore agilità per un esteso periodo di tempo. Questo sistema nucleare termico è progettato per essere estremamente sicuro e affidabile, impiegando High Assay Low-Enriched Uranium (HALEU), un combustibile dalla densità energetica maggiorata, per riscaldare rapidamente un gas super freddo, come l’idrogeno liquido. Quando il gas viene riscaldato, si espande velocemente creando la spinta per muovere l’astronave in maniera più efficiente rispetto ai motori a combustione chimica.
È previsto che il veicolo spaziale venga lanciato nel 2027, in uno status “freddo” (nel senso che il reattore sarà spento, nel rispetto dei protocolli di sicurezza del lancio), da un razzo convenzionale, e che il reattore verrà acceso una volta che l’astronave avrà raggiunto una zona appropriata, al di sopra dell’orbita bassa terrestre.
DRACO secondo la DARPA
Come da tradizione in campo aerospaziale, essendo DRACO il programma per la realizzazione di un veicolo sperimentale, l’agenzia di ricerca della Difesa statunitense, si riferisce a esso chiamandolo anche X-NTRV, ovvero Experimental NTR Vehicle.
Nell’aprile del 2021 DARPA aveva assegnato alcuni contratti per la prima fase del progetto DRACO, mentre a gennaio di quest’anno l’agenzia della difesa ha ricevuto l’apporto finanziario e tecologico della NASA.
Il programma DRACO sfrutta gli investimenti iniziali fatti dal Governo USA nel campo della tecnologia nucleare termica, con il programma NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications) cancellato nel 1973, ma utilizzando, come detto poc’anzi, il carburante HALEU. Questa soluzione è stata resa possibile grazie anche al National Security Presidential Memorandum 20 (NSPM-20), tramite il quale è stata aggiornata la politica del governo d’oltre Atlantico relativa al lancio di dispositivi per la produzione di energia nucleare per veicoli spaziali.
DARPA guiderà le operazioni di sviluppo del veicolo spaziale, la sua integrazione, la compatibilità con le normative nucleari e il lancio.
Tabitha Dodson, manager per il programma DRACO per la DARPA, ha spiegato alla stampa che NASA e DARPA si suddivideranno equamente il costo del progetto, che al momento è di 499 milioni di dollari. Le due agenzie stanno lavorando al progetto sin dal mese di gennaio.
In questo periodo storico il Congresso statunitense sta supportando in maniera crescente il programma di sviluppo della propulsione nucleare, con i legislatori che chiedono alla NASA di dirottare maggiori investimenti in favore di questa tecnologia. Secondo Dodson, visti il supporto politico e la maturità di questa tecnologia, è imperativo per il governo favorire i programmi dimostrativi come DRACO.
Lockheed Martin
Dal canto suo, la multinazionale del Colorado, per mezzo di Kirk Shireman, vice presidente per le Lunar Exploration Campaigns, oltre a ribadire la maggiore efficienza dei motori NTP, ha voluto sottolineare la fattibilità di scenari di abort della missione, impensabili se affidati alla propulsione chimica. Infine, sempre secondo Shireman, un traghetto spaziale riutilizzabile a propulsione nucleare, potrebbe rivoluzionare le operazioni spaziali cislunari.
Lo Space Technology Mission Directorate (STMD) dell’agenzia spaziale statunitense, ha la responsabilità della gestione complessiva e della realizzazione del propulsore nucleare DRACO.
«Tramite i passati investimenti fatti dalla NASA, in collaborazione con il Department of Energy, abbiamo supportato il settore commerciale nella crescita delle proprie capacità nella tecnologia della propulsione nucleare» ha dichiarato il Dr. Prasun Desai, amministratore associato per l’STMD presso il quartier generale della NASA di Washington. «Ora, quegli investimenti stanno chiudendo il cerchio mentre stiamo lavorando con queste stesse compagnie per costruire il primo razzo nucleare che volerà nello spazio».
L’agenzia spaziale degli Stati Uniti intende utilizzare l’energia nucleare anche sulla Luna, per alimentare le esigenze energetiche del programma Artemis. Infatti, oltre al programma DRACO, la NASA sta lavorando con il Department of Energy e con l’industria, su altre iniziative relative alle tecnologie nucleari in ambito spaziale, incluso il progetto Fission Surface Power per la fornitura di energia sia sulla superficie lunare sia su quella marziana, e un’iniziativa separata per esplorare possibili progetti per i veicoli spaziali nucleari termici del futuro.
La strada è ancora lunga
Il veicolo spaziale DRACO fornirà comunque una dimostrazione molto limitata della propulsione nucleare termica. Dodson ha spiegato che, dopo essere stato lanciato nella sua orbita operativa, verosimilmente fra i 700 e i 2.000 km di quota, DRACO non eseguirà ulteriori manovre. Il focus sarà ovviamente sul reattore del veicolo e sul comportamento del carburante HALEU, mai utilizzato nei reattori nucleari spaziali finora. Per stabilire il successo della missione sarà necessaria l’analisi dei dati forniti dal reattore.
Anthony Calomino, manager per le tecnologie spaziali nucleari della NASA, ha dichiarato che il nuovo motore avrà un impulso specifico di 700 secondi, ma si prevede di arrivare anche a 900 secondi.
Ricordiamo che l’impulso specifico è definito come il rapporto tra l’impulso totale fornito da un motore e il peso di propellente consumato. Quindi in termini semplici indica quanto un propulsore consuma per fornire una determinata spinta per un determinato tempo. Più è alto l’impulso specifico e meno il propulsore consuma.
DRACO avrà le dimensioni tipiche di un upper stage di un normale lanciatore convenzionale e quindi sarà adatto per entrare nella carenatura del vettore.
Una volta raggiunta l’orbita, la missione DRACO durerà solo un paio di mesi, limitata dalla quantità di idrogeno liquido disponibile a bordo. «Riuscire a mantenere a disposizione l’idrogeno criogenico sarà una grande sfida, pertanto abbiamo urgenza di avere a disposizione i dati provenienti dal veicolo spaziale e dal reattore» ha proseguito Shireman.
Ad ogni modo, praticamente tutti i rappresentanti presenti alla conferenza stampa di mercoledì 26, hanno lasciato aperta la possibilità di poter rifornire DRACO in orbita per permettere la prosecuzione dei suoi test. Da questo punto di vista, Dodson ha dichiarato che DARPA ha già avuto alcune discussioni con la Space Force, che è interessata alle procedure di rifornimento nello spazio, per valutare se il veicolo spaziale possa essere progettato con un sistema atto al rifornimento di idrogeno liquido nello spazio.
Shireman ha comunque evidenziato che al momento il trasferimento di propellente liquido criogenico nello spazio non è ancora stato dimostrato, benché questa tecnologia sarà fondamentale per la progettazione del lander lunare Blue Moon di Blue Origin, per il quale Lockheed Martin sta sviluppando un trasportatore cislunare per rifornirlo.
L’US Space Force fornirà il sito di lancio e il supporto alle operazioni per DRACO, sfruttando il proprio contratto National Security Space Launch Contract, per procurare un vettore da scegliersi fra il Falcon 9 o il Vulcan Centaur, con partenza da Cape Canaveral, Florida.
Fonti: NASA; BWX Technologies; DARPA; Geek Wire; Defense News; Lockheed Martin; Space News
