Нуклеарна енергија у свемиру. Импулси атомског убрзања

Идеја да се нуклеарна енергија користи за покретање свемирских летелица и коришћење у будућим ванземаљским базама или насељима није нова. Недавно су дошли у новом таласу, а како постају поље ривалства великих сила, њихова примена постаје све вероватнија.

НАСА и Министарство енергетике САД започели су потрагу међу дилерским компанијама пројекти нуклеарних електрана на Месецу и Марсу. Ово би требало да подржи дугорочна истраживања, па чак и пројекте насељавања. НАСА-ин циљ је да буде спреман за лансирање до 2026. године. Постројење мора бити потпуно произведено и састављено на Земљи, а затим тестирано на сигурност.

Ентони Каломино, рекао је то НАСА-ин директор нуклеарне технологије у Управи за свемирске технологије План је да се развије систем нуклеарне фисије од XNUMX киловата који ће на крају бити лансиран и постављен на Месец. (једна). Мора бити интегрисан са лунарним лендером и бустер ће га одвести до њега орбита месеца. Утоваривач затим изнесите систем на површину.

Очекује се да ће по доласку на градилиште бити одмах спреман за рад, без потребе за додатном монтажом или изградњом. Операција је демонстрација могућности и биће полазна тачка за коришћење решења и његових деривата.

„Када је технологија потврђена током демонстрације, будући системи се могу повећати или се више уређаја може користити заједно за дугорочне мисије на Месец и можда Марс“, објаснио је Каломино на ЦНБЦ. „Четири блока, од којих сваки производи 10 киловата електричне енергије, обезбедиће довољно снаге за постављање предстраже на Месецу или Марсу.

Способност генерисања великих количина електричне енергије на површини планета коришћењем копненог фисионог система омогућиће истраживање великих размера, људске испоставе и коришћење ресурса на лицу места, истовремено омогућавајући могућност комерцијализације.

Како ће то радити нуклеарна електрана? Благо обогаћена форма нуклеарно гориво воља нуклеарно језгро... Mala нуклеарни реактор производиће топлоту, која ће се пренети на систем за конверзију енергије. Систем за конверзију енергије ће се састојати од мотора дизајнираних да раде на топлоти реактора, а не на запаљиво гориво. Ови мотори користе топлоту, претварају је у електричну енергију, која се условљава и дистрибуира до корисничке опреме на површини Месеца и Марса. Начин одвођења топлоте је важан за одржавање одговарајуће радне температуре уређаја.

Нуклеарна енергија сада се сматра једином разумном алтернативом где соларна енергија, ветра и хидроенергије нису лако доступни. На Марсу, на пример, јачина сунца увелико варира у зависности од годишњих доба, а периодичне олује прашине могу трајати месецима.

На Месецу хладно лунарно ноћ траје 14 дана, а сунчева светлост у великој мери варира у близини полова и одсутна је из стално засенчених кратера. У тако тешким условима добијање енергије из сунчеве светлости је тешко, а залихе горива су ограничене. Енергија површинске фисије нуди једноставно, поуздано и ефикасно решење.

Супротно земаљски реакторинема намере да се гориво уклони или замени. На крају десетогодишње мисије, постоји и план за безбедно разградњу објекта. „На крају свог радног века, систем ће се искључити и ниво зрачења ће се постепено смањивати на ниво који је безбедан за људски приступ и рад“, објаснио је Каломино. „Системи за отпад се могу преместити на удаљену локацију за складиштење где неће угрозити посаду или животну средину.

Мали, лагани, али ефикасни реактор у великој потражњи

Како се истраживање свемира развија, већ нам иде прилично добро са системи за производњу нуклеарне енергије у малом обиму. Такви системи већ дуго напајају свемирске летелице без посаде које путују у далеке крајеве Сунчевог система.

Године 2019. свемирска летелица Нев Хоризонс на нуклеарни погон летела је кроз најудаљенији објекат икада виђен из непосредне близине, Ултима Тхуле, далеко иза Плутона у региону познатом као Кајперов појас. Не би то могао без нуклеарне енергије. Сунчева енергија није доступна у довољној снази изван орбите Марса. Хемијски извори не трају дуго јер је њихова густина енергије прениска, а маса превелика.

Користи се у мисијама великог домета радиотермални генератори (РТГ) користи изотоп плутонијума 238Пу, који је идеалан за генерисање трајне топлоте од природног радиоактивног распада емитовањем алфа честица, које се затим претварају у електричну енергију. Његово време полураспада од 88 година значи да ће служити дугорочној мисији. Међутим, РТГ-ови не могу да обезбеде високу специфичну снагу потребну за дуге мисије, масивније бродове, да не спомињемо ванземаљске базе.

Решење, на пример, за истраживачко присуство и евентуално насеље на Марсу или Месецу могао би да буде дизајн малих реактора које НАСА тестира већ неколико година. Ови уређаји су познати као Пројекат енергије фисије Килоповер (2), дизајнирани су за снабдевање електричном енергијом од 1 до 10 кВ и могу се конфигурисати као координисани модули за напајање погонских система или за подршку истраживању, рударству или колонијама на ванземаљским свемирским телима.

Као што знате, маса је важна у свемиру. снага реактора не би требало да прелази тежину просечног возила. Као што знамо, на пример, из недавне емисије СпацеКс Фалцон Хеави ракетелансирање аутомобила у свемир тренутно није технички проблем. Тако се лаки реактори могу лако поставити у орбиту око Земље и шире.

2. КСНУМКС киловат КИлоповер прототип реактора.

Ракета са реактором буди наде и страхове

Бивши НАСА администратор Јим Бриденстине више пута је истицао предности нуклеарних термичких мотора, додајући да би већа снага у орбити потенцијално могла да омогући орбиталним летелицама да успешно избегну ако буду нападнуте антисателитским оружјем.

Реактори у орбити могли би да напајају и моћне војне ласере, што је такође од великог интереса за америчке власти. Међутим, пре него што нуклеарни ракетни мотор изврши свој први лет, НАСА мора да промени своје законе о доношењу нуклеарних материјала у свемир. Ако је то тачно, онда би, према НАСА-ином плану, први лет нуклеарног мотора требало да се догоди 2024. године.

Међутим, чини се да САД покрећу своје нуклеарне пројекте, посебно након што је Русија објавила деценијски програм за изградњу цивилног свемирског брода на нуклеарни погон. Некада су били неприкосновени лидер у свемирској технологији.

Шездесетих година, Сједињене Државе су имале пројекат за пулсно-пулсну нуклеарну ракету Орион, која је требало да буде толико моћна да може да дозволи премештање читавих градова у свемирпа чак и лет са људском посадом до Алфе Центаури. Све те старе фантастичне америчке серије стоје на полици од 70-их.

Међутим, време је да скинемо прашину са старог концепта. нуклеарни мотор у свемирууглавном зато што су конкуренти, у овом случају углавном Русија, недавно показали велико интересовање за ову технологију. Нуклеарна термална ракета могла би преполовити време лета до Марса, можда чак и на сто дана, што значи да астронаути троше мање ресурса и мање радијацијског оптерећења посаде. Осим тога, како се чини, неће бити такве зависности од „прозора”, односно вишеструког приближавања Марса Земљи сваких неколико година.

Међутим, постоји ризик, који укључује и чињеницу да би уграђени реактор био додатни извор зрачења у ситуацији када простор већ носи огромну претњу ове природе. То није све. Нуклеарни термички мотор не може се лансирати у Земљину атмосферу из страха од могуће експлозије и контаминације. Због тога су предвиђене нормалне ракете за лансирање. Стога не прескачемо најскупљу фазу повезану са лансирањем масе у орбиту са Земље.

НАСА истраживачки пројекат тзв ДРЕЕС (Нуцлеар Тхермал Роцкет Енвиронментал Симулатор) је један пример НАСА-иних напора да се врати на нуклеарни погон. У 2017. години, пре него што је било говора о повратку на технологију, НАСА је доделила БВКС Тецхнологиес трогодишњи уговор од 19 милиона долара за развој компоненти горива и реактора потребних за изградњу. нуклеарни мотор. Један од НАСА-иних најновијих свемирских нуклеарних концепата је АТЕГ реактор Сварм-Пробе, СПЕАР(3), за који се очекује да ће користити нови лагани модератор реактора и напредне термоелектричне генераторе (АТЕГ) да значајно смањи укупну масу језгра.

Ово ће захтевати смањење радне температуре и смањење укупног нивоа снаге језгра. Међутим, смањена маса ће захтевати мање погонске снаге, што ће резултирати малим, јефтиним електричним свемирским бродом на нуклеарни погон.

3. Визуелизација сонде развијене у оквиру пројекта Сварм-Пробе Енаблинг АТЕГ Реацтор.

Анатолиј ПерминовОво је саопштио шеф Федералне свемирске агенције Русије. ће развити свемирски брод на нуклеарни погон за путовања у дубоки свемир, нудећи свој, оригиналан приступ. Идејни пројекат је завршен до 2013. године, а планирано је за израду наредних 9 година. Овај систем би требало да буде комбинација производње нуклеарне енергије са системом јонског погона. Врући гас на 1500°Ц из реактора треба да окрене турбину која окреће генератор који генерише електричну енергију за јонски мотор.

Према Перминову, погон ће моћи да подржи мисију са посадом на Марса астронаути би могли да остану на Црвеној планети 30 дана захваљујући нуклеарној енергији. Укупно, лет на Марс са нуклеарним мотором и сталним убрзањем би трајао шест недеља уместо осам месеци, под претпоставком да је потисак 300 пута већи од хемијског мотора.

Међутим, у руском програму није све тако глатко. У августу 2019. експлодирао је реактор у Сарову у Русији на обали Белог мора, који је био део ракетног мотора у Балтичком мору. течно гориво. Није познато да ли је ова катастрофа повезана са горе описаним руским истраживачким програмом нуклеарног погона.

Међутим, несумњиво је елемент ривалства између Сједињених Држава и Русије, а можда и Кине на терену коришћење нуклеарне енергије у свемиру даје истраживању снажан подстицај за убрзање.