In zijn streven naar missies die ons terug naar de maan zullen brengen, naar Mars, en verder, NASA heeft een aantal voortstuwingsconcepten van de volgende generatie onderzocht. Terwijl bestaande concepten hun voordelen hebben - chemische raketten hebben een hoge energiedichtheid en ionenmotoren zijn zeer zuinig met brandstof - hangt onze hoop voor de toekomst af van het vinden van alternatieven die efficiëntie en kracht combineren.

Hiertoe, onderzoekers van NASA's Marshall Space Flight Center zijn opnieuw op zoek naar nucleaire raketten. Als onderdeel van NASA's Game Changing Development Program, het Nuclear Thermal Propulsion (NTP)-project zou zorgen voor de creatie van zeer efficiënte ruimtevaartuigen die in staat zouden zijn om minder brandstof te gebruiken om zware ladingen naar verre planeten te leveren, en in relatief korte tijd.

Als Sonny Mitchell, het project van het NTP-project in het Marshall Space Flight Center van NASA, zei in een recente persverklaring van NASA:

"Terwijl we het zonnestelsel binnendringen, nucleaire voortstuwing kan de enige echt levensvatbare technologische optie bieden om het menselijk bereik tot het oppervlak van Mars en naar werelden daarbuiten uit te breiden. We zijn verheugd om te werken aan technologieën die diepe ruimte kunnen openen voor menselijke verkenning."

Om dit te doorzien, NASA is een samenwerking aangegaan met BWX Technologies (BWXT), een in Virginia gevestigd energie- en technologiebedrijf dat een toonaangevende leverancier is van nucleaire componenten en brandstof aan de Amerikaanse overheid. Om NASA te helpen bij het ontwikkelen van de noodzakelijke reactoren die mogelijke toekomstige bemande missies naar Mars zouden ondersteunen, dochteronderneming van het bedrijf (BWXT Nuclear Energy, Inc.) kreeg een driejarig contract ter waarde van 18,8 miljoen dollar.

Gedurende deze drie jaar waarin ze zullen samenwerken met NASA, BWXT zal de technische en programmatische gegevens leveren die nodig zijn om de NTP-technologie te implementeren. Dit houdt in dat ze prototypes van splijtstofelementen produceren en testen en de NASA helpen bij het oplossen van nucleaire licenties en wettelijke vereisten. BWXT zal NASA-planners ook helpen bij het aanpakken van de problemen van haalbaarheid en betaalbaar met hun NTP-programma.

Zoals Rex D. Geveden, BWXT's President en Chief Executive Officer, zei over de overeenkomst:

"BWXT is zeer verheugd om met NASA samen te werken aan dit opwindende nucleaire ruimteprogramma ter ondersteuning van de Mars-missie. We zijn uniek gekwalificeerd om te ontwerpen, de reactor en brandstof voor een nucleair aangedreven ruimtevaartuig ontwikkelen en produceren. Dit is een geschikt moment om onze capaciteiten om te zetten in de ruimtemarkt, waar we groeimogelijkheden op lange termijn zien in nucleaire voortstuwing en nucleaire oppervlakte-energie."

In een NTP-raket, uranium- of deuteriumreacties worden gebruikt om vloeibare waterstof in een reactor te verwarmen, het omzetten in geïoniseerd waterstofgas (plasma), die vervolgens door een raketmondstuk wordt geleid om stuwkracht te genereren. Een tweede mogelijke methode, bekend als Nuclear Electric Propulsion (NEC), waarbij dezelfde basisreactor zijn warmte en energie omzet in elektrische energie die vervolgens een elektrische motor aandrijft.

In beide gevallen, de raket vertrouwt op kernsplijting om voortstuwing te genereren in plaats van chemische drijfgassen, dat tot op heden de steunpilaar is geweest van NASA en alle andere ruimteagentschappen. Vergeleken met deze traditionele vorm van voortstuwing, beide typen kernmotoren bieden een aantal voordelen. De eerste en meest voor de hand liggende is de vrijwel onbeperkte energiedichtheid die het biedt in vergelijking met raketbrandstof.

Dit zou de totale benodigde hoeveelheid drijfgas verminderen, waardoor het lanceringsgewicht en de kosten van individuele missies worden verlaagd. Een krachtigere kernmotor zou kortere reistijden betekenen. Nu al, NASA heeft geschat dat een NTP-systeem de reis naar Mars tot vier maanden zou kunnen maken in plaats van zes, die de hoeveelheid straling zou verminderen waaraan de astronauten tijdens hun reis zouden worden blootgesteld.

Om eerlijk te zijn, het concept van het gebruik van nucleaire raketten om het heelal te verkennen is niet nieuw. In feite, NASA heeft de mogelijkheid van nucleaire voortstuwing uitgebreid onderzocht onder het Space Nuclear Propulsion Office. In feite, tussen 1959 en 1972, de SNPO voerde 23 reactortests uit op het Nuclear Rocket Development Station op de testlocatie van AEC in Nevada, in Jackass Flats, Nevada.

In 1963, de SNPO creëerde ook het programma Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA) om nucleair-thermische voortstuwing te ontwikkelen voor langeafstandsbemande missies naar de maan en de interplanetaire ruimte. Dit leidde tot de oprichting van de NRX/XE, een nucleair-thermische motor die volgens de SNPO voldoet aan de eisen voor een bemande missie naar Mars.

De Sovjet-Unie voerde in de jaren zestig soortgelijke onderzoeken uit, in de hoop ze te gebruiken op de bovenste trappen van hun N-1 raket. Ondanks deze inspanningen, geen nucleaire raketten ooit in dienst zijn getreden, door een combinatie van bezuinigingen, verlies van algemeen belang, en een algemene beëindiging van de Space Race nadat het Apollo-programma was voltooid.

Maar gezien de huidige interesse in ruimteverkenning, en ambitieuze missie voorgesteld naar Mars en verder, het lijkt erop dat nucleaire raketten eindelijk dienst kunnen doen. Een populair idee dat wordt overwogen, is een meertrapsraket die zowel op een nucleaire motor als op conventionele stuwraketten zou vertrouwen - een concept dat bekend staat als een "bimodaal ruimtevaartuig". Een groot voorstander van dit idee is Dr. Michael G. Houts van het NASA Marshall Space Flight Center.

In 2014, Dr. Houts conducted a presentation outlining how bimodal rockets (and other nuclear concepts) represented "game-changing technologies for space exploration". As an example, he explained how the Space Launch System (SLS) – a key technology in NASA's proposed crewed mission to Mars – could be equipped with chemical rocket in the lower stage and a nuclear-thermal engine on the upper stage.

In deze opstelling, the nuclear engine would remain "cold" until the rocket had achieved orbit, at which point the upper stage would be deployed and the reactor would be activated to generate thrust. Other examples cited in the report include long-range satellites that could explore the outer solar system and Kuiper Belt and fast, efficient transportation for manned missions throughout the solar system.

The company's new contract is expected to run through Sept. 30th, 2019. At that time, the Nuclear Thermal Propulsion project will determine the feasibility of using low-enriched uranium fuel. Daarna, the project then will spend a year testing and refining its ability to manufacture the necessary fuel elements. Als alles goed gaat, we can expect that NASA's "Journey to Mars" might just incorporate some nuclear engines.