صاروخ تجريبي لعمليات ما بين القمر والأرض المرنة

كان مشروع صاروخ العرض التوضيحي للعمليات القمرية السريعة (DRACO) مهمة تجريبية فضائية مُخطط لها تحت رعاية مشتركة من وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA ) ووكالة ناسا وشركة لوكهيد مارتن وشركة بي دبليو إكس تكنولوجيز ، بهدف إجراء أول اختبار في المدار لصاروخ نووي حراري بحلول عام 2027. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} وباستخدام اليورانيوم منخفض التخصيب ، ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} كان من المتوقع أن تتفوق قابليته لإعادة الاستخدام وأداؤه بشكل كبير على أنظمة الدفع الكيميائي الحالية. وكان من المقرر أن تدعم القوات الفضائية الأمريكية عمليات الإطلاق ، مع تحديد صاروخ فولكان سنتور كمركبة الإطلاق المُخطط لها. ^{[ 6 ]} في عام 2023، انضمت ناسا رسميًا إلى برنامج DRACO، ساعيةً إلى الاستفادة من الدفع النووي لتقليل وقت السفر بشكل كبير إلى وجهات الفضاء البعيدة مثل المريخ . ^{[ 7 ]} كان من المتوقع أن يحقق الدفع الحراري النووي كفاءةً تفوق الدفع الكيميائي بمرتين إلى ثلاث مرات ، مع إمكانية تقليص مدة الرحلات إلى المريخ إلى النصف. ^{[ 8 ]} أشارت تابيثا دودسون، مديرة برنامج داربا، إلى أن الدفع النووي قد يشكل أساسًا لأنظمة متطورة مثل المركبات الفضائية التي تعمل بالاندماج النووي، مما يتيح تنفيذ مهمات استكشاف بشرية أكثر طموحًا بهوامش أمان أكبر. ^{[ 9 ]} ووفقًا لشركتي لوكهيد مارتن وBWXT، فقد حقق الدفع الحراري النووي مكاسب كبيرة في الكفاءة والوقت. ^{[ 10 ] [ 11 ]} اعتقدت ناسا أن الكفاءة الأعلى بكثير ستكون أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات من الدفع الكيميائي ، ^{[ 6 ]} وأن الصاروخ الحراري النووي سيقلل وقت الرحلة إلى المريخ إلى النصف. ^{[ 12 ]}

مع ذلك، وبحلول يناير 2025، تم تعليق إطلاق المهمة المقرر في عام 2027 إلى أجل غير مسمى بسبب تحديات تقنية وتنظيمية، مثل متطلبات السلامة والاختبار المعقدة للتحقق من صحة المفاعل النووي الأرضي، والتصميم النهائي غير المكتمل لنظام الدفع. ^{[ 13 ] [ 14 ]} وتأثر وضع البرنامج بشكل أكبر بإصدار الميزانية الفيدرالية للسنة المالية 2026 في 2 مايو 2025، والتي اقترحت خفضًا قدره 531 مليون دولار لمديرية مهمات تكنولوجيا الفضاء التابعة لناسا. وأشارت وثائق الميزانية إلى تخفيضات في مشاريع دفع فضائي متقدمة غير محددة. ^{[ 15 ]} فسر بعض المحللين هذا على أنه إنهاء فعلي لأبحاث الدفع النووي، مشيرين إلى أوجه تشابه مع إلغاء ناسا السابق لمشروع بروميثيوس . ^{[ 14 ]}

في 30 مايو 2025، أكد طلب ميزانية الرئيس النهائي للسنة المالية 2026 إلغاء برنامج دراكو، دون تخصيص أي تمويل لبرامج الدفع النووي الحراري أو الكهربائي، التي اعتبرتها إدارة ترامب مكلفة، وقد أكملت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) إجراءات إنهاء البرنامج، ونقلت المعرفة إلى وكالة ناسا. ^{[ 16 ] [ 14 ]} في أواخر يونيو 2025، أعلنت داربا أن الإنهاء استند إلى تقييم مفاده أن التكاليف لم تعد تتناسب مع الفوائد ^{[ 17 ]} وأن انخفاض تكاليف الإطلاق وتحليلات جديدة أدت إلى إلغائه. ^{[ 18 ]} على الرغم من أن لجنة الاعتمادات في مجلس الشيوخ قد أشارت إلى تفضيلها الحفاظ على مستويات التمويل الحالية لمؤسسة العلوم الوطنية (NSF) ووكالة ناسا، إلا أن إلغاء برنامج دراكو نهائي بسبب انسحاب داربا منه.

في مايو 1946، أطلق سلاح الجو الأمريكي مشروع الطاقة النووية لدفع الطائرات (NEPA) لاستكشاف إمكانات الطاقة النووية في تشغيل الطائرات. ^{[ 19 ] [ 20 ]} أدت هذه المبادرة إلى جهد تعاوني بين سلاح الجو وهيئة الطاقة الذرية الأمريكية (AEC) عُرف باسم برنامج الدفع النووي للطائرات (ANP)، والذي هدف إلى تطوير أنظمة دفع نووية للمركبات الفضائية. ^{[ 19 ] [ 20 ]} أُلغي برنامج ANP في مارس 1961 بعد استثمار مليار دولار. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

يُذكر أن استخدام الطاقة النووية للسفر إلى الفضاء كان موضوع نقاش بين خبراء الصناعة منذ خمسينيات القرن الماضي. وقد سعى فريمان دايسون وتيد تايلور ، من خلال مشاركتهما في مشروع أوريون ، إلى إنشاء نموذج تجريبي مبكر لهذه التقنية. وفي نهاية المطاف، حظي المشروع بدعم من فيرنر فون براون ، ووصل إلى مرحلة الرحلة التجريبية، إلا أنه توقف مبكراً بسبب مخاوف بيئية. ^{[ 21 ]}

في عام 1955، دخلت القوات الجوية الأمريكية في شراكة مع هيئة الطاقة الذرية لتطوير مفاعلات للصواريخ النووية ضمن مشروع روفر . ^{[ 22 ]} وفي منتصف عام 1958، حلت وكالة ناسا محل القوات الجوية ^{[ 22 ]} وقامت ببناء مفاعلات كيوي لاختبار مبادئ الصواريخ النووية في محرك نووي غير طائر. ^{[ 23 ]} ومع المرحلة التالية، وهي مشروع المحرك النووي لتطبيقات المركبات الصاروخية ( نيرفا )، سعت ناسا وهيئة الطاقة الذرية إلى تطوير صاروخ نووي حراري "لكل من المهمات طويلة المدى إلى المريخ وكجزء علوي محتمل لبرنامج أبولو ". ^{[ 23 ]} ونظرًا لمشاكل التمويل، انتهى مشروع نيرفا في عام 1973 دون إجراء أي اختبار طيران . ^{[ 23 ]}

في عام 2020، شكلت الأكاديميات الوطنية للعلوم والهندسة والطب ، بناءً على طلب وكالة ناسا، لجنةً مخصصةً لتقنيات الدفع النووي الفضائي لتحديد التحديات والمخاطر التقنية والبرنامجية الرئيسية التي تواجه تطوير تقنيات الدفع النووي الفضائي لاستخدامها في استكشاف النظام الشمسي مستقبلاً . وفيما يتعلق بأنظمة الدفع النووي الحراري، حددت اللجنة التحديات التقنية التالية. ^{[ 24 ]}

• من الضروري وجود كثافة طاقة تشغيلية عالية ودرجة حرارة عالية للمفاعل لتسخين الوقود الدافع إلى حوالي 2700 كلفن عند مخرج المفاعل طوال مدة كل احتراق.
• الحاجة إلى التخزين والإدارة على المدى الطويل للوقود الهيدروجيني السائل المبرد ( LH2 ).
• أوقات بدء تشغيل المفاعل قصيرة (تصل إلى 60 ثانية فقط من الصفر إلى الطاقة الكاملة) مقارنة بمفاعلات الطاقة الفضائية أو الأرضية الأخرى.
• التعامل مع فترات بدء التشغيل والإيقاف الطويلة لنظام البلازما غير الحرارية مقارنةً بالمحركات الكيميائية. يؤثر هذا على تصميم مضخات التوربينات في المحرك والإدارة الحرارية للنظام الفرعي للمفاعل.

أكدت اللجنة أيضًا على نقص مرافق الاختبار الأرضية الكافية، مشيرةً إلى أنه "لا توجد حاليًا أي مرافق في الولايات المتحدة قادرة على إجراء اختبار أرضي بكامل الطاقة لمفاعل حراري نووي كامل الحجم، يُضاهي تجارب المركبة الجوالة/نيرفا". ^{[ 24 ]} ومع ذلك، خلص تقرير اللجنة إلى أن "برنامجًا طموحًا قد يُطوّر نظامًا حراريًا نوويًا قادرًا على تنفيذ المهمة الأساسية [مهمة مأهولة إلى المريخ أثناء التقابل ] في عام 2039". ^{[ 24 ]}

في أبريل 2021، أعلنت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) بدء مشروع DRACO بمنح عقود المرحلة الأولى لمدة 18 شهرًا لشركة جنرال أتوميكس لتصميم مفهوم المفاعل النووي (22 مليون دولار)، ولشركتي بلو أوريجين (2.5 مليون دولار) ولوكهيد مارتن (2.9 مليون دولار) لتصميماتهما المتنافسة لمفهوم نظام التشغيل ونظام العرض التوضيحي. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

في يناير 2023، أعلنت وكالة ناسا ووكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) عن تعاونهما في مشروع دراكو، حيث تقاسمتا ميزانية البرنامج البالغة 499 مليون دولار للمرحلتين الثانية والثالثة. ^{[ 7 ] [ 27 ]} ستتولى ناسا مسؤولية نظام الدفع والمفاعل النووي، بينما ستقود داربا متطلبات المركبة والتكامل، ومفهوم عمليات المهمة، والموافقات التنظيمية النووية، وسلطة الإطلاق. ^{[ 7 ]} تخطط القوات الفضائية الأمريكية لإطلاق دراكو إما على متن صاروخ فالكون 9 التابع لشركة سبيس إكس أو صاروخ فولكان سنتور التابع لشركة يونايتد لانش ألاينس . ^{[ 28 ]}

في 26 يوليو 2023، أعلنت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) ووكالة ناسا عن منح عقد لشركة لوكهيد مارتن وشركة بي دبليو إكس للتقنيات المتقدمة (BWXT) لتنفيذ المرحلتين الثانية والثالثة من مشروع دراكو، وذلك لتصميم وبناء وتجربة المفاعل النووي التجريبي (NTR) استعدادًا لإطلاقه في عام 2027. ^{[ 27 ] [ 29 ]} ومن المقرر أن تتولى شركة بي دبليو إكس تي تصميم وبناء المفاعل، وتصنيع الوقود، وتوريد النظام الفرعي الكامل لدمجه في مركبة دراكو. ^{[ 30 ]}

تشمل السمات التصميمية الرئيسية لـ DRACO ما يلي: ^{[ 31 ] [ 32 ]}

• سيتألف محرك الدفع الحراري النووي من مفاعل انشطاري ينقل الحرارة إلى وقود سائل، وهو في هذه الحالة الهيدروجين السائل . وستحول هذه الحرارة الهيدروجين إلى غاز يتمدد عبر فوهة لتوليد قوة الدفع.
• سيتألف الوقود النووي من يورانيوم مخصب ، أي نظير اليورانيوم ^-238 (النظير الأكثر شيوعًا) بالإضافة إلى ما يقارب 20% من نظير اليورانيوم ^{-235 ، وهو النظير} الانشطاري . يُعدّ مستوى التخصيب هذا أعلى قليلًا من النسبة الشائعة في مفاعلات الطاقة النووية التي تعمل بالماء الخفيف على الأرض، والتي تتراوح بين 3 و5% ^{[ 33 ]} ، ولكنه أقل من نسبة التخصيب التي تبلغ حوالي 90% والتي تميز المواد المستخدمة في الأسلحة النووية . وقد تم اختيار نسبة تخصيب 20% لتخفيف الأعباء البرمجية والتنظيمية.

وفقًا لمذكرة رئاسية صدرت عام 2019، ^{[ 34 ]} فإن الموافقة على إطلاق مركبة فضائية تستخدم يورانيومًا بنسبة تخصيب أقل من 20% (ما يسمى بمركبة "المستوى 2") لا تتطلب سوى موافقة رئيس الوكالة الراعية (في هذه الحالة، وزير الدفاع) وليس البيت الأبيض. ^{[ 35 ]}

• سيتكون الوقود الدافع من الهيدروجين السائل (LH2) المخزن في خزان تبريد فائق . سيتم تسخين الهيدروجين بواسطة المفاعل في أقل من ثانية من درجة حرارة حوالي 20 كلفن (-420 فهرنهايت) إلى حوالي 2700 كلفن. وللمقارنة، تبلغ درجات حرارة الماء النموذجية في مفاعل الماء المضغوط الحديث حوالي 600 كلفن.
• سيتم دمج المفاعل مع محرك صاروخي يعمل بدورة التمدد . في هذا التصميم، تقوم مضخة توربينية بتوجيه الهيدروجين السائل عالي الضغط عبر مسارين. يبرد المسار الأول فوهة المحرك ووعاء الضغط. أما المسار الثاني، فيبرد الهيدروجين السائل فيه أولاً مجموعات دعم قلب المفاعل، ثم يدير مجموعة المضخة التوربينية، التي يُعاد توجيه غاز العادم منها إلى وعاء ضغط المفاعل حيث يمتص الطاقة الناتجة عن تفاعل الانشطار. بعد ذلك، يتمدد الغاز شديد التسخين عبر الفوهة لتوفير قوة الدفع.
• على الرغم من عدم الكشف عن تفاصيل مستوى الدفع التصميمي، يُقال إن الهدف التصميمي ^{[ 31 ]} هو تحقيق دافع نوعي يتجاوز 800 ثانية. (وهي المدة الزمنية التي يمكن للصاروخ خلالها تسريع كتلته الأولية عند تسارع ثابت يساوي 1 من الجاذبية الأرضية. ^{[ 36 ]} ) ويمثل هذا زيادة بنحو 350 ثانية مقارنةً بالدافع النوعي لمحرك RL10 ، وهو محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل المبرد ^، صُنع في الولايات المتحدة الأمريكية بواسطة شركة Aerojet Rocketdyne ، ويُستخدم في المرحلة العليا Centaur من صاروخ Atlas V. ^{[ 37} ]
• لا يزال من غير المؤكد مدى صعوبة الحفاظ على وقود الهيدروجين في حالة سائلة لفترات طويلة، كما هو مطلوب للرحلات إلى المريخ. ^{[ 38 ]} لم يتم بعد إثبات نقل الوقود السائل المبرد في الفضاء، لكن شركة لوكهيد مارتن تعمل على تطوير مركبة للتزود بالوقود لدعم مركبة الهبوط القمرية بلو مون التابعة لشركة بلو أوريجين ، ويُقال إن المناقشات جارية حول إمكانية تركيب منفذ للتزود بالوقود على مركبة دراكو. ^{[ 31 ]}

ستتضمن المرحلة الثانية من برنامج دراكو اختبار محرك المفاعل النووي الحراري بدون وقود نووي، بينما ستشمل المرحلة الثالثة تجميع المفاعل النووي الحراري المزود بالوقود مع المرحلة، وإجراء اختبارات بيئية، وإطلاقه إلى الفضاء لإجراء تجارب على المفاعل النووي الحراري ومفاعله. ^{[ 39 ]} ستوفر وزارة الطاقة الأمريكية معدن اليورانيوم عالي التخصيب (HALEU) لشركة بي دبليو إكس تكنولوجيز لمعالجته وتحويله إلى وقود منخفض التخصيب. ^{[ 40 ]} وقد أثارت كمية اليورانيوم عالي التخصيب المستخدمة في المركبة بعض المخاوف المتعلقة بالسلامة بين خبراء الصناعة والمجتمع العلمي. ^{[ 41 ]}

في المرحلة الثانية، سيتم تقييم المحرك في اختبار تدفق بارد باستخدام نموذج أولي لمحرك غير نووي لتقييم السلامة الميكانيكية للقلب. وقد أُجريت مثل هذه الاختبارات خلال برنامج روفر/نيرفا لدراسة سبل منع تلف القلب نتيجة الضغط ومعدلات تدفق الكتلة العالية الناتجة عن الآلات التوربينية للمحرك. ^{[ 42 ]}

ستتناول المرحلة الثالثة اختبارات الإطلاق والبيئات الفضائية، وتكامل وتجميع المنصة المضيفة واختبارها، واختبار الأحمال، وتعلم كيفية التفاعل مع المحرك والتحكم به قبل إرساله إلى الفضاء. خلال المرحلة الثالثة التجريبية، سيتم إطلاق المركبة الفضائية إلى مدار عالٍ حول الأرض، على ارتفاع يتراوح بين 700 و2000 كيلومتر (435 إلى 1240 ميلاً) فوق سطحها. ^{[ 31 ]} وبمجرد وصولها إلى الفضاء، لن يتم تفعيل مفاعل دراكو إلا بعد استقراره في مدار آمن. ويُحدد الحد الأدنى لارتفاع المدار بناءً على الوقت المُقدَّر لتحلل نواتج الانشطار إلى مستوى النشاط الإشعاعي الموجود عند الإطلاق. في حالة مفاعل دراكو، يبلغ هذا الوقت حوالي 300 عام، مما يتطلب مدارًا يزيد ارتفاعه عن 700  كيلومتر تقريبًا لكي يتجاوز زمن التحلل المداري هذه القيمة. ^{[ 31 ]}

وفقًا للجدول الزمني الوارد في وثيقة تقدير ميزانية ناسا للسنة المالية 2025 المقدمة إلى الكونغرس، كان من المقرر أن يبدأ المشروع مرحلة التنفيذ في سبتمبر 2024. ^{[ 43 ]} إلا أن هذا التاريخ قد انقضى، وفي الآونة الأخيرة، أفادت التقارير ^{[ 44 ]} أن شركة لوكهيد مارتن ستعرض تقنيتها "في وقت مبكر من عام 2027"، ولكن تم تأجيل موعد الإطلاق هذا بسبب متطلبات اختبار المفاعل النووي. ^{[ 13 ]}

لم تُدرج وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) تمويلًا لبرامج الدفع النووي الحراري أو الكهربائي في ميزانيتها للسنة المالية 2026، والتي يجري تطبيق تخفيضاتها داخل وكالة ناسا نفسها وفقًا لأهداف البيت الأبيض. ^{[ 45 ]} ألغت DARPA مشروعها DRACO الذي استمر خمس سنوات، مُعللةً ذلك بتراجع العائد على الاستثمار. ووفقًا لنائب مدير DARPA، روب ماكهنري، فإن المبرر الأصلي لمشروع DRACO - ارتفاع تكاليف الإطلاق والكفاءة المتوقعة للمحركات النووية الحرارية - قد تضاءل بسبب التخفيضات الكبيرة في نفقات الإطلاق التي حققتها شركة SpaceX وإمكانات مركبة Starship. ومع انخفاض تكاليف الإطلاق هذه، لم تعد فوائد الدفع النووي الحراري تُبرر تكاليف البحث والتطوير المرتفعة. ^{[ 46 ]}

في عام 2026، تم اعتبار مفاعل الفضاء المقترح رقم 1 فريدوم بمثابة الوريث الروحي للمشروع.

• الدفع النووي في الفضاء - فيلم وثائقي لوكالة ناسا عن الصواريخ الحرارية النووية

 تتضمن هذه المقالة مواد متاحة للعموم من مواقع إلكترونية أو وثائق تابعة لحكومة الولايات المتحدة .