Enerġija nukleari fl-ispazju. Impulsi ta' aċċelerazzjoni atomika

L-idea li tuża l-enerġija nukleari biex tmexxi vetturi spazjali u tużaha f'bażijiet jew insedjamenti extraterrestri futuri mhix ġdida. Riċentement, daħlu f'mewġa ġdida, u hekk kif isiru qasam ta 'rivalità ta' qawwa kbira, l-implimentazzjoni tagħhom issir aktar probabbli.

NASA u d-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti bdew tfittxija fost il-kumpaniji tan-negozjanti proġetti ta’ impjanti nukleari fuq il-Qamar u Mars. Dan għandu jappoġġa riċerka fit-tul u forsi anke proġetti ta' soluzzjoni. L-għan tan-NASA huwa li jkun lest għat-tnedija sal-2026. L-impjant għandu jkun kompletament iffabbrikat u mmuntat fid-Dinja u mbagħad ittestjat għas-sigurtà.

Anthony Calomino, id-direttur tat-teknoloġija nukleari tan-NASA fl-Amministrazzjoni tat-Teknoloġija Spazjali, qal li Il-pjan hu li tiġi żviluppata sistema ta’ fissjoni nukleari ta’ XNUMX kilowatt li eventwalment titnieda u titqiegħed fuq il-qamar. (waħda). Għandu jkun integrat mal-lander lunar u l-booster se jeħodha orbita tal-qamar. Loader imbagħad ġib is-sistema fil-wiċċ.

Huwa mistenni li mal-wasla fis-sit ikun immedjatament lest għat-tħaddim, mingħajr il-ħtieġa ta 'assemblaġġ jew kostruzzjoni addizzjonali. L-operazzjoni hija turija tal-possibbiltajiet u se tkun il-punt tat-tluq għall-użu tas-soluzzjoni u d-derivattivi tagħha.

"Ladarba t-teknoloġija tkun ġiet ivvalidata waqt dimostrazzjoni, is-sistemi futuri jistgħu jiżdiedu jew apparati multipli jistgħu jintużaw flimkien għal missjonijiet fit-tul lejn il-Qamar u possibbilment Mars," spjega Calomino fuq CNBC. "Erbgħa unitajiet, li kull waħda minnhom tipproduċi 10 kilowatts ta 'elettriku, se jipprovdu biżżejjed enerġija biex twaqqif ta 'post imbiegħed fuq il-Qamar jew Mars.

L-abbiltà li tiġġenera ammonti kbar ta’ elettriku fuq il-wiċċ tal-pjaneti bl-użu ta’ sistema ta’ fissjoni bbażata fuq l-art se tippermetti riċerka fuq skala kbira, postijiet avvanzati umani, u użu ta’ riżorsi in situ, filwaqt li tippermetti l-possibbiltà ta’ kummerċjalizzazzjoni.”

Kif se taħdem impjant nukleari? Forma kemmxejn arrikkita karburant nukleari saħħa tar-rieda qalba nukleari... Żgħir reattur nukleari se jiġġenera sħana, li se tiġi trasferita għas-sistema ta 'konverżjoni tal-enerġija. Is-sistema tal-konverżjoni tal-enerġija se tikkonsisti minn magni ddisinjati biex jaħdmu bis-sħana tar-reattur aktar milli karburant kombustibbli. Dawn il-magni jużaw is-sħana, jikkonvertuha f'elettriku, li huwa kkundizzjonat u mqassam lit-tagħmir tal-utent fuq il-wiċċ tal-Qamar u Mars. Il-metodu tad-dissipazzjoni tas-sħana huwa importanti biex tinżamm it-temperatura operattiva xierqa tal-apparati.

Enerġija nukleari issa hija meqjusa bħala l-unika alternattiva raġonevoli fejn enerġija solari, riħ u l-idroenerġija mhumiex disponibbli faċilment. Fuq Mars, pereżempju, is-saħħa tax-xemx tvarja ħafna mal-istaġuni, u maltempati perjodiċi tat-trab jistgħu jdumu għal xhur.

Fuq il-qamar lunar kiesaħ il-lejl idum 14-il jum, bid-dawl tax-xemx ivarja ħafna ħdejn l-arbli u nieqes mill-craters li jdumu b'mod permanenti. F'kundizzjonijiet diffiċli bħal dawn, il-kisba tal-enerġija mid-dawl tax-xemx hija diffiċli, u l-provvisti tal-fjuwil huma limitati. L-enerġija tal-fissjoni tal-wiċċ toffri soluzzjoni faċli, affidabbli u effiċjenti.

B'differenza reatturi tal-artm'hemm l-ebda intenzjoni li jitneħħa jew jissostitwixxi l-fjuwil. Fi tmiem il-missjoni ta' 10 snin, hemm ukoll pjan għad-dekummissjonar sikur tal-faċilità. "Fi tmiem il-ħajja tas-servizz tagħha, is-sistema se tintefa u l-livell ta 'radjazzjoni se jonqos gradwalment għal livell li huwa sigur għall-aċċess u t-tħaddim tal-bniedem," spjega Calomino. "Is-sistemi tal-iskart jistgħu jiġu mċaqalqa għal post ta 'ħażna remot fejn ma jipperikolawx l-ekwipaġġ jew l-ambjent."

Reattur żgħir, ħafif, iżda effiċjenti f'domanda għolja

Hekk kif tiżviluppa l-esplorazzjoni spazjali, aħna diġà sejrin tajjeb ħafna sistemi ta' ġenerazzjoni ta' enerġija nukleari fuq skala żgħira. Sistemi bħal dawn ilhom jaħdmu vetturi spazjali bla ekwipaġġ li jivvjaġġaw lejn il-bogħod tas-sistema solari.

Fl-2019, il-vettura spazjali New Horizons b'enerġija nukleari tellgħet mill-aktar oġġett imbiegħed li qatt deher mill-viċin, Ultima Thule, ferm lil hinn minn Pluto f'reġjun magħruf bħala ċ-ċinturin ta' Kuiper. Huwa ma setax jagħmel dan mingħajr l-enerġija nukleari. L-enerġija solari mhix disponibbli f'saħħa suffiċjenti barra l-orbita ta 'Mars. Is-sorsi kimiċi ma jdumux ħafna għax id-densità tal-enerġija tagħhom hija baxxa wisq u l-massa tagħhom hija kbira wisq.

Użat fuq missjonijiet fuq medda twila Ġeneraturi radjotermali (RTG) juża l-isotopu tal-plutonju 238Pu, li huwa ideali biex jiġġenera sħana permanenti minn tħassir radjuattiv naturali billi jarmu partiċelli alfa, li mbagħad jiġu kkonvertiti f'elettriku. Il-half-life ta' 88 sena tagħha tfisser li se sservi missjoni fit-tul. Madankollu, RTGs ma jistgħux jipprovdu l-qawwa speċifika għolja meħtieġa għal missjonijiet twal, vapuri aktar massivi, biex ma nsemmux bażijiet extraterrestri.

Soluzzjoni, pereżempju, għal preżenza esploratorja u possibilment soluzzjoni fuq Mars jew il-Qamar jistgħu jkunu disinji ta’ reatturi żgħar li n-NASA ilha tittestja għal diversi snin. Dawn il-mezzi huma magħrufa bħala Proġett tal-enerġija tal-fissjoni tal-kilopower (2), huma ddisinjati biex jipprovdu enerġija elettrika minn 1 sa 10 kW u jistgħu jiġu kkonfigurati bħala moduli kkoordinati biex iħaddmu sistemi ta' propulsjoni jew biex jappoġġjaw ir-riċerka, it-tħaffir jew il-kolonji fuq korpi spazjali aljeni.

Kif tafu, il-massa hija importanti fl-ispazju. qawwa tar-reattur m'għandux jaqbeż il-piż ta' vettura medja. Kif nafu, pereżempju, minn wirja riċenti SpaceX Falcon rokits tqalit-tnedija ta' karozza fl-ispazju bħalissa mhijiex problema teknika. Għalhekk, reatturi tad-dawl jistgħu jitqiegħdu faċilment fl-orbita madwar id-Dinja u lil hinn.

2. XNUMX kilowatt KIlopower reattur prototip.

Rokit b'reattur iqajjem tamiet u biżgħat

Ex Amministratur tan-NASA Jim Bridenstine enfasizza bosta drabi vantaġġi tal-magni termali nukleari, u żżid li aktar qawwa fl-orbita tista 'potenzjalment tippermetti li l-inġenji li jorbitaw jevadu b'suċċess jekk jiġu attakkati minn armi kontra s-satelliti.

Reatturi fl-orbita jistgħu wkoll iħaddmu lasers militari qawwija, li huwa wkoll ta 'interess kbir għall-awtoritajiet tal-Istati Uniti. Madankollu, qabel ma magna rokit nukleari tagħmel l-ewwel titjira tagħha, in-NASA trid tibdel il-liġijiet tagħha dwar it-twassil tal-materjali nukleari fl-ispazju. Jekk dan huwa minnu, allura, skont il-pjan tan-NASA, l-ewwel titjira ta 'magna nukleari għandha ssir fl-2024.

Madankollu, l-Istati Uniti tidher li qed tagħti bidu għall-proġetti nukleari tagħha, speċjalment wara li r-Russja ħabbret programm ta’ għaxar snin biex tibni vettura spazjali ċivili li taħdem bl-enerġija nukleari. Darba kienu l-mexxej mhux ikkontestat fit-teknoloġija spazjali.

Fis-snin 60, l-Istati Uniti kellhom proġett għall-missila nukleari Orion pulse-pulse, li suppost kellha tkun tant qawwija li setgħet tippermetti iċċaqlaq bliet sħaħ fl-ispazjuu anke jagħmlu titjira bl-ekwipaġġ lejn Alpha Centauri. Dawk is-serje Amerikana antika tal-fantasija kollha ilhom fuq l-ixkaffa mis-snin 70.

Madankollu, wasal iż-żmien li tneħħi t-trab il-kunċett l-antik. magna nukleari fl-ispazjuprinċipalment minħabba li l-kompetituri, f'dan il-każ prinċipalment ir-Russja, reċentement urew interess kbir f'din it-teknoloġija. Rokit termali nukleari jista 'jnaqqas il-ħin tat-titjira lejn Mars bin-nofs, forsi anke għal mitt jum, li jfisser li l-astronawti jikkunsmaw inqas riżorsi u inqas tagħbija ta' radjazzjoni fuq l-ekwipaġġ. Barra minn hekk, kif jidher, mhux se jkun hemm tali dipendenza fuq "twieqi", jiġifieri, l-approċċ multiplu ta 'Mars lejn id-Dinja kull ftit snin.

Madankollu, hemm riskju, li jinkludi l-fatt li r-reattur abbord ikun sors addizzjonali ta 'radjazzjoni f'sitwazzjoni fejn l-ispazju diġà jġorr theddida kbira ta' din in-natura. Dak mhux kollox. Magna termali nukleari ma jistax jiġi mniedi fl-atmosfera tad-Dinja minħabba l-biża 'ta' splużjoni u kontaminazzjoni possibbli. Għalhekk, rokits normali huma pprovduti għat-tnedija. Għalhekk, aħna ma naqbżu l-aktar stadju għali assoċjat mat-tnedija tal-massa fl-orbita mid-Dinja.

Proġett ta 'riċerka tan-NASA msejjaħ SIĠAR (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) huwa eżempju wieħed tal-isforzi tan-NASA biex terġa 'lura għall-propulsjoni nukleari. Fl-2017, qabel ma kien hemm xi diskors ta 'ritorn għat-teknoloġija, in-NASA tat lil BWX Technologies kuntratt ta' tliet snin u $19-il miljun biex tiżviluppa l-komponenti tal-fjuwil u r-reatturi meħtieġa għall-kostruzzjoni. magna nukleari. Wieħed mill-kunċetti l-aktar ġodda ta 'propulsjoni nukleari spazjali tan-NASA huwa s-Swarrm-Probe ATEG Reactor, SPEAR(3), li huwa mistenni li juża moderatur ta' reattur ħafif ġdid u ġeneraturi termoelettriċi avvanzati (ATEGs) biex tnaqqas b'mod sinifikanti l-massa tal-qalba ġenerali.

Dan se jeħtieġ li titnaqqas it-temperatura operattiva u jitbaxxa l-livell tal-qawwa ġenerali tal-qalba. Madankollu, il-massa mnaqqsa tkun teħtieġ inqas qawwa ta 'propulsjoni, li tirriżulta f'vettura spazjali elettrika żgħira, irħas u li taħdem b'enerġija nukleari.

3. Viżwalizzazzjoni tas-sonda żviluppata fi ħdan il-proġett Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor.

Anatoly PerminovDan tħabbar mill-kap tal-Aġenzija Spazjali Federali tar-Russja. se tiżviluppa vettura spazjali li taħdem bl-enerġija nukleari għall-ivvjaġġar fl-ispazju profond, li joffri l-approċċ oriġinali tiegħu stess. Id-disinn preliminari tlesta sal-2013, u d-9 snin li ġejjin huma ppjanati għall-iżvilupp. Din is-sistema għandha tkun taħlita ta' ġenerazzjoni ta' enerġija nukleari ma' sistema ta' propulsjoni jonika. Gass sħun f'1500 ° C mir-reattur għandu jdawwar turbina li ddawwar ġeneratur li jiġġenera l-elettriku għall-magna tal-jone.

Skont Perminov, is-sewqan se jkun kapaċi jappoġġa missjoni ekwipaġġata lejn Marsu l-astronawti jistgħu jibqgħu fuq il-Pjaneta l-Ħamra għal 30 jum grazzi għall-enerġija nukleari. B'kollox, titjira lejn Mars b'magna nukleari u aċċelerazzjoni kostanti tieħu sitt ġimgħat minflok tmien xhur, jekk wieħed jassumi spinta 300 darba akbar minn dik ta 'magna kimika.

Madankollu, mhux kollox huwa daqshekk bla xkiel fil-programm Russu. F'Awwissu 2019, reattur sploda f'Sarov, ir-Russja fuq ix-xtut tal-Baħar l-Abjad, li kien parti minn magna rokit fil-Baħar Baltiku. karburant likwidu. Mhux magħruf jekk dan id-diżastru huwiex relatat mal-programm Russu ta’ riċerka dwar il-propulsjoni nukleari deskritt hawn fuq.

Bla dubju, madankollu, element ta’ rivalità bejn l-Istati Uniti u r-Russja, u possibbilment iċ-Ċina fuq il-post użu tal-enerġija nukleari fl-ispazju jagħti lir-riċerka impetu qawwi ta' aċċelerazzjoni.