Nuclear energy sa kalawakan. Atomic acceleration impulses

Hindi na bago ang ideya ng paggamit ng enerhiyang nuklear upang isulong ang spacecraft at gamitin ito sa hinaharap na mga base o pamayanan ng extraterrestrial. Kamakailan, sila ay dumating sa isang bagong alon, at habang sila ay naging isang larangan ng dakilang kapangyarihan na tunggalian, ang kanilang pagpapatupad ay nagiging mas malamang.

Sinimulan ng NASA at ng US Department of Energy ang paghahanap sa mga kumpanya ng dealer mga proyekto ng mga nuclear power plant sa Buwan at Mars. Dapat itong suportahan ang pangmatagalang pananaliksik at marahil kahit na mga proyekto sa pag-areglo. Ang layunin ng NASA ay maihanda ito para sa paglulunsad sa 2026. Ang halaman ay dapat na ganap na gawa-gawa at tipunin sa Earth at pagkatapos ay masuri para sa kaligtasan.

Anthony Calomino, ang direktor ng nuclear technology ng NASA sa Space Technology Administration, ay nagsabi na Ang plano ay bumuo ng XNUMX-kilowatt nuclear fission system na kalaunan ay ilulunsad at ilalagay sa Buwan. (isa). Dapat itong isama sa lunar lander at dadalhin ito ng booster orbit ng buwan. Loader pagkatapos ay dalhin ang sistema sa ibabaw.

Inaasahan na sa pagdating sa site ay agad itong handa para sa operasyon, nang hindi nangangailangan ng karagdagang pagpupulong o pagtatayo. Ang operasyon ay isang pagpapakita ng mga posibilidad at magiging panimulang punto para sa paggamit ng solusyon at mga derivatives sa.

"Kapag na-validate na ang teknolohiya sa panahon ng isang demonstrasyon, maaaring palakihin ang mga sistema sa hinaharap o maraming device ang maaaring gamitin nang magkasama para sa mga pangmatagalang misyon sa Buwan at posibleng sa Mars," paliwanag ni Calomino sa CNBC. “Apat na unit, na ang bawat isa ay gumagawa ng 10 kilowatts ng kuryente, ay magbibigay ng sapat na kuryente paglalagay ng isang outpost sa Buwan o Mars.

Ang kakayahang makabuo ng malaking halaga ng kuryente sa ibabaw ng mga planeta gamit ang ground-based fission system ay magbibigay-daan sa malakihang pananaliksik, mga outpost ng tao, at paggamit ng mga mapagkukunan sa lugar, habang nagbibigay-daan para sa posibilidad ng komersyalisasyon."

Paano ito gagana nuclear power plant? Bahagyang pinayaman na anyo nuclear fuel lakas ng kalooban nuclear core... Maliit nuclear reactor ito ay bubuo ng init, na ililipat sa sistema ng conversion ng enerhiya. Ang power conversion system ay bubuuin ng mga makina na idinisenyo upang tumakbo sa init ng reactor kaysa sa nasusunog na gasolina. Ang mga makinang ito ay gumagamit ng init, ginagawa itong kuryente, na nakakondisyon at ipinamamahagi sa mga kagamitan ng gumagamit sa ibabaw ng Buwan at Mars. Ang paraan ng pagwawaldas ng init ay mahalaga upang mapanatili ang wastong temperatura ng pagpapatakbo ng mga device.

Nuclear power ay itinuturing na ngayon bilang ang tanging makatwirang alternatibo kung saan enerhiyang solar, hangin at hydropower ay hindi madaling magagamit. Sa Mars, halimbawa, ang lakas ng araw ay nag-iiba nang malaki sa mga panahon, at ang panaka-nakang mga bagyo ng alikabok ay maaaring tumagal ng ilang buwan.

Sa buwan malamig na buwan ang gabi ay tumatagal ng 14 na araw, na may sikat ng araw na nag-iiba-iba malapit sa mga poste at wala sa mga crater na permanenteng nalililiman. Sa ganitong mahirap na mga kondisyon, ang pagkuha ng enerhiya mula sa sikat ng araw ay mahirap, at ang mga supply ng gasolina ay limitado. Nag-aalok ang surface fission energy ng madali, maaasahan at mahusay na solusyon.

Hindi katulad mga reaktor sa lupawalang intensyon na tanggalin o palitan ang gasolina. Sa pagtatapos ng 10-taong misyon, mayroon ding plano para sa ligtas na pag-decommissioning ng pasilidad. "Sa pagtatapos ng buhay ng serbisyo nito, ang sistema ay patayin at ang antas ng radiation ay unti-unting bababa sa isang antas na ligtas para sa pag-access at operasyon ng tao," paliwanag ni Calomino. "Ang mga sistema ng basura ay maaaring ilipat sa isang malayong lokasyon ng imbakan kung saan hindi nila ilalagay sa panganib ang mga tripulante o ang kapaligiran."

Maliit, magaan, ngunit mahusay na reaktor, sa mataas na demand

Habang umuunlad ang paggalugad sa kalawakan, maayos na ang ating ginagawa nuclear power generation systems sa maliit na sukat. Ang ganitong mga sistema ay matagal nang nagpapagana ng unmanned spacecraft na naglalakbay sa malayong bahagi ng solar system.

Noong 2019, lumipad ang nuclear-powered na New Horizons spacecraft sa pinakamalayong bagay na nakita nang malapitan, ang Ultima Thule, malayo sa Pluto sa isang rehiyon na kilala bilang Kuiper Belt. Hindi niya ito magagawa nang walang nuclear power. Hindi available ang solar energy sa sapat na lakas sa labas ng orbit ng Mars. Ang mga mapagkukunan ng kemikal ay hindi nagtatagal dahil ang kanilang density ng enerhiya ay masyadong mababa at ang kanilang masa ay masyadong malaki.

Ginagamit sa mahabang hanay ng mga misyon mga generator ng radiothermal (RTG) ay gumagamit ng plutonium isotope 238Pu, na mainam para sa pagbuo ng permanenteng init mula sa natural na radioactive decay sa pamamagitan ng paglabas ng mga alpha particle, na pagkatapos ay na-convert sa kuryente. Ang 88 taong kalahating buhay nito ay nangangahulugan na ito ay maglilingkod sa isang pangmatagalang misyon. Gayunpaman, ang mga RTG ay hindi maaaring magbigay ng mataas na tiyak na kapangyarihan na kinakailangan para sa mahabang misyon, mas malalaking barko, hindi pa banggitin ang mga extraterrestrial na base.

Ang isang solusyon, halimbawa, para sa isang paggalugad na presensya at posibleng isang settlement sa Mars o sa Buwan ay maaaring maliit na disenyo ng reaktor na sinusuri ng NASA sa loob ng ilang taon. Ang mga device na ito ay kilala bilang Kilopower fission energy project (2), ay idinisenyo upang mag-supply ng kuryente mula 1 hanggang 10 kW at maaaring i-configure bilang mga coordinated na module sa power propulsion system o upang suportahan ang pananaliksik, pagmimina o mga kolonya sa mga alien space body.

Tulad ng alam mo, mahalaga ang masa sa kalawakan. kapangyarihan ng reaktor hindi ito dapat lumampas sa bigat ng isang karaniwang sasakyan. Tulad ng alam natin, halimbawa, mula sa isang kamakailang palabas SpaceX Falcon Heavy rocketsAng paglulunsad ng kotse sa kalawakan ay kasalukuyang hindi isang teknikal na problema. Kaya, ang mga light reactor ay madaling mailagay sa orbit sa paligid ng Earth at higit pa.

2. XNUMX kilowatt KIlopower reactor prototype.

Ang rocket na may reactor ay nagpapataas ng pag-asa at takot

Dating NASA Administrator Jim Bridenstine maraming beses niyang idiniin mga pakinabang ng nuclear thermal engine, idinagdag na ang mas maraming kapangyarihan sa orbit ay maaaring potensyal na payagan ang nag-oorbit na bapor na matagumpay na makaiwas sa kaganapan ng isang anti-satellite na pag-atake ng armas.

Mga reaktor sa orbit maaari din nilang paganahin ang makapangyarihang mga laser ng militar, na kung saan ay din ng malaking interes sa mga awtoridad ng US. Gayunpaman, bago ang isang nuclear rocket engine ay gumawa ng kanyang unang paglipad, dapat baguhin ng NASA ang mga batas nito tungkol sa pagkuha ng mga nuclear material sa kalawakan. Kung ito ay totoo, kung gayon, ayon sa plano ng NASA, ang unang paglipad ng isang nuclear engine ay dapat maganap sa 2024.

Gayunpaman, lumilitaw na sinisimulan ng US ang mga proyektong nuklear nito, lalo na pagkatapos ipahayag ng Russia ang isang dekadang programang magtayo ng isang nuclear-powered civilian spacecraft. Sila ang dating hindi mapag-aalinlanganang pinuno sa teknolohiya ng kalawakan.

Noong dekada 60, nagkaroon ng proyekto ang Estados Unidos para sa Orion pulse-pulse nuclear missile, na dapat ay napakalakas na maaari nitong payagan paglipat ng buong lungsod sa kalawakanat gumawa pa ng manned flight papuntang Alpha Centauri. Ang lahat ng mga lumang pantasyang Amerikanong serye ay nasa istante mula noong 70s.

Gayunpaman, oras na upang alisin ang alikabok sa lumang konsepto. nuclear engine sa kalawakanhigit sa lahat dahil ang mga kakumpitensya, sa kasong ito pangunahin sa Russia, ay kamakailan lamang ay nagpakita ng malaking interes sa teknolohiyang ito. Ang isang nuclear thermal rocket ay maaaring mabawasan ang oras ng paglipad patungong Mars sa kalahati, marahil kahit sa isang daang araw, na nangangahulugan na ang mga astronaut ay kumonsumo ng mas kaunting mga mapagkukunan at mas kaunting radiation load sa mga tripulante. Bilang karagdagan, tulad ng tila, hindi magkakaroon ng gayong pag-asa sa "mga bintana", iyon ay, ang paulit-ulit na paglapit ng Mars sa Earth bawat ilang taon.

Gayunpaman, mayroong isang panganib, na kinabibilangan ng katotohanan na ang onboard na reactor ay magiging isang karagdagang mapagkukunan ng radiation sa isang sitwasyon kung saan ang espasyo ay nagdadala na ng malaking banta ng ganitong kalikasan. Hindi lamang yan. Nuclear thermal engine hindi ito maaaring ilunsad sa kapaligiran ng Earth dahil sa takot sa posibleng pagsabog at kontaminasyon. Samakatuwid, ang mga normal na rocket ay ibinibigay para sa paglulunsad. Samakatuwid, hindi namin nilalaktawan ang pinakamahal na yugto na nauugnay sa paglulunsad ng masa patungo sa orbit mula sa Earth.

NASA research project na tinatawag MGA TREES (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) ay isang halimbawa ng mga pagsisikap ng NASA na makabalik sa nuclear propulsion. Noong 2017, bago nagkaroon ng anumang pag-uusap tungkol sa pagbabalik sa teknolohiya, ginawaran ng NASA ang BWX Technologies ng tatlong taon, $19 milyon na kontrata para bumuo ng mga sangkap ng gasolina at mga reaktor na kailangan para sa konstruksyon. nuclear engine. Isa sa pinakabagong space nuclear propulsion concepts ng NASA ay ang Swarm-Probe ATEG Reactor, SPEAR(3), na inaasahang gagamit ng bagong lightweight reactor moderator at advanced thermoelectric generators (ATEGs) upang makabuluhang bawasan ang kabuuang core mass.

Mangangailangan ito ng pagpapababa sa temperatura ng pagpapatakbo at pagbaba sa pangkalahatang antas ng kapangyarihan ng core. Gayunpaman, ang pinababang masa ay mangangailangan ng mas kaunting propulsion power, na magreresulta sa isang maliit, mura, nuclear-powered electric spacecraft.

3. Visualization ng probe na binuo sa loob ng framework ng Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor project.

Anatoly PerminovIto ay inihayag ng pinuno ng Federal Space Agency ng Russia. bubuo ng nuclear-powered spacecraft para sa deep space travel, nag-aalok ng sarili nitong orihinal na diskarte. Ang paunang disenyo ay nakumpleto noong 2013, at ang susunod na 9 na taon ay binalak para sa pag-unlad. Ang sistemang ito ay dapat na kumbinasyon ng nuclear power generation na may ion propulsion system. Ang mainit na gas sa 1500°C mula sa reactor ay dapat magpaikot ng turbine na nagpapaikot ng generator na gumagawa ng kuryente para sa ion engine.

Ayon kay Perminov, masusuportahan ng drive ang isang manned mission sa Marsat ang mga astronaut ay maaaring manatili sa Red Planet sa loob ng 30 araw salamat sa nuclear power. Sa kabuuan, ang paglipad patungong Mars na may nuclear engine at patuloy na acceleration ay aabot ng anim na linggo sa halip na walong buwan, kung ipagpalagay na ang thrust ay 300 beses na mas malaki kaysa sa isang chemical engine.

Gayunpaman, hindi lahat ay napakakinis sa programang Ruso. Noong Agosto 2019, isang reactor ang sumabog sa Sarov, Russia sa baybayin ng White Sea, na bahagi ng isang rocket engine sa Baltic Sea. likidong panggatong. Hindi alam kung ang sakuna na ito ay nauugnay sa programa ng pagsasaliksik ng nuclear propulsion ng Russia na inilarawan sa itaas.

Walang alinlangan, gayunpaman, isang elemento ng tunggalian sa pagitan ng Estados Unidos at Russia, at posibleng China sa lupa. paggamit ng nuclear energy sa kalawakan nagbibigay sa pananaliksik ng isang malakas na accelerating impetus.