【トップ記事のサマリ】
NASAが計画する火星有人ミッションでは、従来の化学燃料ロケットでは片道に数ヶ月かかるため、より高速な「核熱推進（NTP）」が注目されています。NTPは核分裂による膨大なエネルギーを利用し、化学ロケットの約2倍の推進効率を持ち、火星への到達時間を半分に短縮する可能性があります。 NTPエンジンは、水ではなく高温で作動する特殊な燃料を使用し、核分裂反応でプロペラントを加熱し、それを噴射して推力を得る仕組みです。この技術は既に原子力発電や原子力潜水艦で確立されていますが、ロケットに応用するには、低濃縮ウラン燃料を用い、エンジンの軽量化や耐久性など、設計における多くの課題が残っています。 NASAとDARPAは、2027年にNTP技術の実証試験を予定しており、宇宙探査の新たな一歩となることが期待されています。ジョージア工科大学の研究グループは、シミュレーションを通じてエンジン設計の最適化を進めており、将来的にはこの技術が火星探査だけでなく、宇宙防衛システムにも応用される可能性があります。
【記事全訳（※本記事の作成には一部AIを使用しています）】
NASAは、次の10年間で火星への有人ミッションを計画していますが、火星までの225百万キロメートルの旅は、従来の化学燃料ロケットでは往復に数ヶ月から1年かかる可能性があります。この長い移動時間は、化学ロケット燃料に依存しているためです。これに代わる技術として注目されているのが「核熱推進（NTP）」です。この技術は、核分裂を利用してロケットを推進し、火星への旅を半分の時間で可能にするかもしれません。

核分裂は、原子が中性子によって分裂するときに放出される莫大なエネルギーを利用する技術です。この反応は「核分裂反応」として知られており、発電所や原子力潜水艦で使用されてきました。この技術をロケットに応用することで、NASAは化学推進システムに代わるより高速で強力な推進手段を得ることができると考えています。

NASAと国防高等研究計画局（DARPA）は、NTP技術を共同開発しており、2027年に宇宙でそのプロトタイプシステムを展開し、実証する計画です。このNTPシステムは、米国が開発および運用する初の核推進ロケットの1つになる可能性があります。

NTPシステムは、地球や宇宙空間の人工衛星を守るための機動性を持ったプラットフォームとしても役立つ可能性がありますが、この技術はまだ開発段階にあります。私自身は、ジョージア工科大学で核工学の准教授として、NTPシステムの設計を改善し、最適化するためのモデルやシミュレーションを構築する研究を行っています。私の目標は、火星に向かう有人ミッションに使用されるNTPエンジンの設計に貢献することです。

核推進と化学推進の違い  
従来の化学推進システムは、軽量のプロペラント（例えば水素）と酸化剤を化学反応させ、その結果生じるガスをノズルから高速で噴射して推力を得ます。これらのシステムは点火装置を必要としないため信頼性が高いですが、宇宙では酸素を持ち運ぶ必要があり、ロケットの重量が増えます。

一方、核熱推進システムは、核分裂反応を利用してプロペラントを加熱し、それを噴射することで推力を得ます。核分裂では、ウラン235などの軽い同位体が中性子を吸収してウラン236を生成し、これが分裂して2つの破片（核分裂生成物）とその他の粒子を放出します。この反応は非常に高温で行われ、多くの熱エネルギーを生成します。

NTPシステムは、現在世界中で運用されている400以上の核分裂発電所の技術に似ていますが、より多くのウラン235を使用し、はるかに高温で動作するため、非常に強力でコンパクトな設計となっています。これにより、従来の化学ロケットに比べて約2倍の推進効率を持ち、火星への移動時間を大幅に短縮できます。

核熱推進の歴史と課題  
米国政府は、1955年から1973年の間に20基のNTPエンジンを地上でテストしてきました。しかし、当時の設計は高濃縮ウラン燃料を使用しており、その拡散リスクから現在では使用されていません。現在は、エネルギー省と国家核安全保障局が主導する「グローバル脅威削減イニシアチブ」により、研究用炉の燃料を高濃縮ウランから低濃縮ウラン（HALEU）に転換する取り組みが進められています。

NASAとDARPAの「DRACO（Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations）」プログラムでは、このHALEU燃料を使用してNTPエンジンを開発する予定です。このプログラムは2027年にロケットを打ち上げる計画を立てており、宇宙企業Lockheed MartinとBWX Technologiesがその設計に携わっています。

NTPエンジンは、ミッションの期間中に必要な機動を行えるように設計され、高推力と軽量化を両立させる必要があります。この設計には、モデルやシミュレーションを使用してエンジンの起動や停止時の温度変化や圧力変動に対処する必要があります。私たちの研究グループでは、これらのシステムを効率的にモデル化するための新しい計算ツールを開発しています。