Atomenergi i rummet. Atomaccelerationsimpulser

Ideen om at bruge atomenergi til at fremdrive rumfartøjer og bruge den i fremtidige udenjordiske baser eller bosættelser er ikke ny. For nylig er de kommet i en ny bølge, og efterhånden som de bliver et felt af stormagtsrivalisering, bliver implementeringen mere sandsynlig.

NASA og det amerikanske energiministerium begyndte en søgning blandt forhandlervirksomheder projekter af atomkraftværker på Månen og Mars. Dette skal understøtte langsigtet forskning og måske endda bosætningsprojekter. NASAs mål er at have den klar til lancering i 2026. Anlægget skal være fuldstændigt fremstillet og samlet på Jorden og derefter testet for sikkerhed.

Anthony Calomino, sagde NASAs direktør for nuklear teknologi ved Space Technology Administration Planen er at udvikle et XNUMX kilowatt nukleart fissionssystem, der i sidste ende vil blive opsendt og placeret på månen. (en). Den skal integreres med månelanderen, og boosteren vil tage den til månens kredsløb. Læssemaskine bring derefter systemet til overfladen.

Det forventes, at det ved ankomst til pladsen vil være umiddelbart klar til drift, uden behov for yderligere montage eller konstruktion. Operationen er en demonstration af mulighederne og vil være udgangspunktet for at bruge løsningen og dens afledte produkter.

"Når teknologien er blevet valideret under en demonstration, kan fremtidige systemer skaleres op, eller flere enheder kan bruges sammen til langsigtede missioner til Månen og muligvis Mars," forklarede Calomino på CNBC. “Fire enheder, som hver producerer 10 kilowatt elektricitet, vil give nok strøm til opstilling af en forpost på Månen eller Mars.

Evnen til at generere store mængder elektricitet på planeternes overflade ved hjælp af et jordbaseret fissionssystem vil muliggøre storstilet forskning, menneskelige forposter og brug af ressourcer in situ, samtidig med at det giver mulighed for kommercialisering."

Hvordan vil det fungere Atom kraftværk? Lidt beriget form atombrændstof viljestyrke nuklear kerne... Lille atomreaktor det vil generere varme, som vil blive overført til strømkonverteringssystemet. Energikonverteringssystemet vil bestå af motorer designet til at køre på reaktorvarme frem for brændbart brændstof. Disse motorer bruger varme, omdanner den til elektricitet, som konditioneres og distribueres til brugerudstyr på Månens og Mars overflade. Metoden til varmeafledning er vigtig for at opretholde den korrekte driftstemperatur for enhederne.

Atomkraft betragtes nu som det eneste rimelige alternativ hvor solenergi, vind- og vandkraft er ikke let tilgængelige. På Mars varierer solens styrke for eksempel meget med årstiderne, og periodiske støvstorme kan vare i flere måneder.

På månen kold måne natten varer 14 dage, med sollys, der varierer meget nær polerne og fraværende fra de permanent skyggede kratere. Under sådanne vanskelige forhold er det vanskeligt at få energi fra sollys, og brændstofforsyningen er begrænset. Overfladefissionsenergi tilbyder en nem, pålidelig og effektiv løsning.

I modsætning til jordreaktorerder er ingen hensigt om at fjerne eller udskifte brændstoffet. Ved afslutningen af ​​den 10-årige mission er der også en plan for sikker nedlukning af anlægget. "I slutningen af ​​dets levetid vil systemet blive slukket, og strålingsniveauet vil gradvist falde til et niveau, der er sikkert for menneskers adgang og drift," forklarede Calomino. "Affaldssystemer kan flyttes til et fjernlager, hvor de ikke vil bringe besætningen eller miljøet i fare."

Lille, let, men effektiv reaktor i høj efterspørgsel

Efterhånden som rumforskningen udvikler sig, har vi det allerede ret godt med atomkraftproduktionssystemer i lille skala. Sådanne systemer har længe drevet ubemandede rumfartøjer, der rejser til solsystemets fjerne områder.

I 2019 fløj det atomdrevne New Horizons-rumfartøj gennem det fjerneste objekt nogensinde set på tæt hold, Ultima Thule, langt ud over Pluto i en region kendt som Kuiperbæltet. Han kunne ikke have gjort det uden atomkraft. Solenergi er ikke tilgængelig i tilstrækkelig styrke uden for Mars kredsløb. Kemiske kilder holder ikke længe, ​​fordi deres energitæthed er for lav, og deres masse er for stor.

Bruges til langdistancemissioner radiotermiske generatorer (RTG) bruger plutoniumisotopen 238Pu, som er ideel til at generere permanent varme fra naturligt radioaktivt henfald ved at udsende alfapartikler, som derefter omdannes til elektricitet. Dens 88 års halveringstid betyder, at den vil tjene en langsigtet mission. RTG'er kan dog ikke levere den høje specifikke kraft, der kræves til lange missioner, mere massive skibe, for ikke at nævne udenjordiske baser.

En løsning, for eksempel, for en udforskende tilstedeværelse og muligvis en bosættelse på Mars eller Månen kunne være små reaktordesign, som NASA har testet i flere år. Disse enheder er kendt som Kilopower fission energi projekt (2), er designet til at levere elektrisk effekt fra 1 til 10 kW og kan konfigureres som koordinerede moduler til at drive fremdriftssystemer eller til at understøtte forskning, minedrift eller kolonier på fremmede rumlegemer.

Som du ved, betyder masse i rummet. reaktorkraft den bør ikke overstige vægten af ​​et gennemsnitskøretøj. Som vi for eksempel ved fra et nyligt show SpaceX Falcon Heavy raketterat sende en bil ud i rummet er i øjeblikket ikke et teknisk problem. Således kan lysreaktorer nemt placeres i kredsløb om Jorden og videre.

2. XNUMX kilowatt KIlopower reaktor prototype.

Raket med reaktor vækker håb og frygt

Tidligere NASA-administrator Jim Bridenstine understregede han mange gange fordelene ved nukleare termiske motorer, og tilføjer, at mere kraft i kredsløb potentielt kan tillade, at kredsende fartøjer med succes kan undslippe, hvis de bliver angrebet af anti-satellitvåben.

Reaktorer i kredsløb de kunne også drive kraftfulde militærlasere, hvilket også er af stor interesse for amerikanske myndigheder. Men før en nuklear raketmotor foretager sin første flyvning, skal NASA ændre sine love om at få nukleare materialer ud i rummet. Hvis dette er sandt, så skulle den første flyvning med en atommotor ifølge NASAs plan finde sted i 2024.

Men USA ser ud til at sætte gang i sine atomprojekter, især efter Rusland annoncerede et årti langt program for at bygge et atomdrevet civilt rumfartøj. De var engang den ubestridte leder inden for rumteknologi.

I 60'erne havde USA et projekt for Orion pulse-pulse atommissilet, som skulle være så kraftigt, at det kunne tillade flytte hele byer ud i rummetog endda foretage et bemandet fly til Alpha Centauri. Alle de gamle amerikanske fantasy-serier har ligget på hylden siden 70'erne.

Det er dog tid til at støve det gamle koncept af. atommotor i rummethovedsagelig fordi konkurrenter, i dette tilfælde hovedsageligt Rusland, for nylig har vist stor interesse for denne teknologi. En termisk nuklear raket kan halvere flyvetiden til Mars, måske endda til hundrede dage, hvilket betyder, at astronauter bruger færre ressourcer og mindre strålingsbelastning på besætningen. Derudover, som det ser ud til, vil der ikke være en sådan afhængighed af "vinduer", det vil sige Mars' gentagne tilgang til Jorden hvert par år.

Der er dog en risiko, som omfatter det faktum, at reaktoren ombord ville være en yderligere strålingskilde i en situation, hvor rummet allerede rummer en stor trussel af denne art. Det er ikke alt. Nuklear termisk motor den kan ikke opsendes i jordens atmosfære af frygt for en mulig eksplosion og forurening. Derfor stilles normale raketter til rådighed til opsendelse. Derfor springer vi ikke det dyreste stadie i forbindelse med opsendelsen af ​​masse i kredsløb fra Jorden over.

NASA forskningsprojekt kaldet TRÆER (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) er et eksempel på NASAs bestræbelser på at komme tilbage til nuklear fremdrift. I 2017, før der var tale om en tilbagevenden til teknologien, tildelte NASA BWX Technologies en treårig kontrakt på 19 millioner dollars til at udvikle de brændselskomponenter og reaktorer, der er nødvendige til konstruktion. nuklear motor. Et af NASAs nyeste rum-nukleare fremdriftskoncepter er Swarm-Probe ATEG Reactor, SPEAR(3), som forventes at bruge en ny letvægtsreaktormoderator og avancerede termoelektriske generatorer (ATEG'er) til betydeligt at reducere den samlede kernemasse.

Dette vil kræve at sænke driftstemperaturen og sænke kernens samlede effektniveau. Den reducerede masse ville dog kræve mindre fremdriftskraft, hvilket resulterede i et lille, billigt, atomdrevet elektrisk rumfartøj.

3. Visualisering af sonden udviklet inden for Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor-projektet.

Anatoly PerminovDette blev annonceret af lederen af ​​Federal Space Agency i Rusland. vil udvikle et atomdrevet rumfartøj til dyb rumfart, der tilbyder sin egen, originale tilgang. Det foreløbige design blev afsluttet i 2013, og de næste 9 år er planlagt til udvikling. Dette system bør være en kombination af atomkraftproduktion med et ionfremdrivningssystem. Varm gas ved 1500°C fra reaktoren skulle dreje en turbine, der tænder en generator, der genererer elektricitet til ionmotoren.

Ifølge Perminov, drevet vil kunne understøtte en bemandet mission til Marsog astronauter kunne blive på den røde planet i 30 dage takket være atomkraft. I alt ville en flyvning til Mars med en atommotor og konstant acceleration tage seks uger i stedet for otte måneder, hvis man antager en fremdrift, der er 300 gange større end en kemisk motors.

Det er dog ikke alt, der er så glat i det russiske program. I august 2019 eksploderede en reaktor i Sarov, Rusland på kysten af ​​Det Hvide Hav, som var en del af en raketmotor i Østersøen. flydende brændstof. Det vides ikke, om denne katastrofe er relateret til det russiske forskningsprogram for atomfremdrift beskrevet ovenfor.

Men uden tvivl et element af rivalisering mellem USA og Rusland, og muligvis Kina på stedet brug af atomenergi i rummet giver forskningen et stærkt accelererende skub.