Kernenergie in die ruimte. Atoomversnellingsimpulse

Die idee om kernenergie te gebruik om ruimtetuie aan te dryf en dit in toekomstige buiteaardse basisse of nedersettings te gebruik, is nie nuut nie. Onlangs het hulle in 'n nuwe golf gekom, en namate hulle 'n veld van groot kragmededinging word, word die implementering daarvan meer waarskynlik.

NASA en die Amerikaanse departement van energie het 'n soektog onder handelaarsmaatskappye begin projekte van kernkragsentrales op die Maan en Mars. Dit behoort langtermynnavorsing en dalk selfs nedersettingsprojekte te ondersteun. NASA se doelwit is om dit gereed te hê vir bekendstelling teen 2026. Die aanleg moet heeltemal vervaardig en op Aarde aanmekaar gesit word en dan vir veiligheid getoets word.

Anthony Calomino, NASA se direkteur van kerntegnologie by die Ruimtetegnologie-administrasie, het dit gesê Die plan is om 'n kernsplytingstelsel van XNUMX XNUMX kilowatt te ontwikkel wat uiteindelik gelanseer en op die maan geplaas sal word. (een). Dit moet geïntegreer word met die maanlander en die booster sal dit na toe neem maan wentelbaan. Laaier bring dan die stelsel na die oppervlak.

Daar word verwag dat dit met aankoms op die terrein onmiddellik gereed sal wees vir bedryf, sonder dat bykomende montering of konstruksie nodig is. Die bewerking is 'n demonstrasie van die moontlikhede en sal die beginpunt wees vir die gebruik van die oplossing en afgeleides in.

"Sodra die tegnologie tydens 'n demonstrasie bekragtig is, kan toekomstige stelsels opgeskaal word of verskeie toestelle kan saam gebruik word vir langtermyn-sendings na die Maan en moontlik Mars," het Calomino op CNBC verduidelik. “Vier eenhede, wat elk 10 kilowatt elektrisiteit produseer, sal genoeg krag verskaf om die oprigting van 'n buitepos op die Maan of Mars.

Die vermoë om groot hoeveelhede elektrisiteit op die oppervlak van planete op te wek deur gebruik te maak van 'n grondgebaseerde splytingstelsel sal grootskaalse navorsing, menslike buiteposte en die gebruik van hulpbronne in situ moontlik maak, terwyl die moontlikheid van kommersialisering moontlik gemaak word.”

Hoe sal dit werk kernkragsentrale? Effens verrykte vorm kernbrandstof wilskrag kern kern... Klein kernreaktor dit sal hitte opwek, wat na die kragomskakelingstelsel oorgedra sal word. Die energie-omskakelingstelsel sal bestaan ​​uit enjins wat ontwerp is om op reaktorhitte eerder as brandbare brandstof te werk. Hierdie enjins gebruik hitte, skakel dit om in elektrisiteit, wat gekondisioneer en na gebruikerstoerusting op die oppervlak van die Maan en Mars versprei word. Die metode van hitte-afvoer is belangrik om die behoorlike werkstemperatuur van die toestelle te handhaaf.

Kernkrag word nou beskou as die enigste redelike alternatief waar sonkrag, wind- en hidrokrag is nie geredelik beskikbaar nie. Op Mars verskil die sterkte van die son byvoorbeeld baie met die seisoene, en periodieke stofstorms kan maande lank duur.

Op die maan koue maan die nag duur 14 dae, met sonlig wat baie wissel naby die pole en afwesig van die permanent geskadu kraters. In sulke moeilike toestande is dit moeilik om energie uit sonlig te verkry, en brandstofvoorrade is beperk. Oppervlaksplytingsenergie bied 'n maklike, betroubare en doeltreffende oplossing.

In teenstelling met grondreaktorsdaar is geen voorneme om die brandstof te verwyder of te vervang nie. Aan die einde van die 10-jaar sending is daar ook 'n plan vir die veilige uitskakeling van die fasiliteit. "Aan die einde van sy dienslewe sal die stelsel afgeskakel word, en die stralingsvlak sal geleidelik afneem tot 'n vlak wat veilig is vir menslike toegang en werking," het Calomino verduidelik. "Afvalstelsels kan na 'n afgeleë bergingsplek geskuif word waar dit nie die bemanning of die omgewing in gevaar stel nie."

Klein, liggewig, maar doeltreffende reaktor in groot aanvraag

Soos wat ruimteverkenning ontwikkel, vaar ons reeds redelik goed met kernkragopwekkingstelsels op klein skaal. Sulke stelsels het lank onbemande ruimtetuie aangedryf wat na die verre uithoeke van die sonnestelsel reis.

In 2019 het die kernaangedrewe New Horizons-ruimtetuig deur die mees verste voorwerp wat nog op 'n kort afstand gesien is, Ultima Thule, ver anderkant Pluto in 'n streek bekend as die Kuipergordel gevlieg. Hy sou dit nie sonder kernkrag kon doen nie. Sonenergie is nie in voldoende sterkte buite die wentelbaan van Mars beskikbaar nie. Chemiese bronne hou nie lank nie omdat hul energiedigtheid te laag is en hul massa te groot is.

Word gebruik op langafstandmissies radiotermiese kragopwekkers (RTG) gebruik die plutoniumisotoop 238Pu, wat ideaal is om permanente hitte uit natuurlike radioaktiewe verval op te wek deur alfa-deeltjies uit te straal, wat dan in elektrisiteit omgeskakel word. Sy halfleeftyd van 88 jaar beteken dat dit 'n langtermynsending sal dien. RTG's kan egter nie die hoë spesifieke krag verskaf wat nodig is vir lang missies, meer massiewe skepe, om nie eens te praat van buiteaardse basisse nie.

'n Oplossing, byvoorbeeld, vir 'n verkennende teenwoordigheid en moontlik 'n nedersetting op Mars of die Maan kan klein reaktorontwerpe wees wat NASA al etlike jare toets. Hierdie toestelle staan ​​bekend as Kilopower splyting energie projek (2), is ontwerp om elektriese krag van 1 tot 10 kW te verskaf en kan gekonfigureer word as gekoördineerde modules om voortstuwingstelsels aan te dryf of om navorsing, mynbou of kolonies op uitheemse ruimteliggame te ondersteun.

Soos u weet, maak massa saak in die ruimte. reaktorkrag dit moet nie die gewig van 'n gemiddelde voertuig oorskry nie. Soos ons byvoorbeeld weet van 'n onlangse vertoning SpaceX Falcon Swaar vuurpyleom 'n motor in die ruimte te lanseer is tans nie 'n tegniese probleem nie. Ligreaktors kan dus maklik in 'n wentelbaan om die Aarde en verder geplaas word.

2. XNUMX kilowatt KIlopower reaktor prototipe.

Vuurpyl met reaktor wek hoop en vrese

Voormalige NASA-administrateur Jim Bridenstine het hy baie keer beklemtoon voordele van kern termiese enjins, en voeg by dat meer krag in 'n wentelbaan moontlik wentelende vaartuie kan toelaat om suksesvol te ontduik in die geval van 'n anti-satelliet wapenaanval.

Reaktore in 'n wentelbaan hulle kan ook kragtige militêre lasers aandryf, wat ook vir Amerikaanse owerhede van groot belang is. Voordat 'n kernvuurpyl-enjin egter sy eerste vlug maak, moet NASA sy wette oor hoe om kernmateriaal in die ruimte te kry, verander. As dit waar is, moet die eerste vlug van 'n kernenjin volgens NASA se plan in 2024 plaasvind.

Dit lyk egter of die VSA sy kernprojekte aan die gang sit, veral nadat Rusland 'n dekade lange program aangekondig het om 'n burgerlike kernaangedrewe ruimtetuig te bou. Hulle was eens die onbetwiste leier in ruimtetegnologie.

In die 60's het die Verenigde State 'n projek gehad vir die Orion-puls-puls-kernmissiel, wat veronderstel was om so kragtig te wees dat dit dit kon toelaat verskuif hele stede in die ruimteen selfs 'n bemande vlug na Alpha Centauri maak. Al daardie ou fantasie-Amerikaanse reekse is al sedert die 70's op die rak.

Dit is egter tyd om die ou konsep af te stof. kernenjin in die ruimtehoofsaaklik omdat mededingers, in hierdie geval hoofsaaklik Rusland, onlangs groot belangstelling in hierdie tegnologie getoon het. ’n Kerntermiese vuurpyl kan die vlugtyd na Mars in die helfte verminder, miskien selfs tot honderd dae, wat beteken ruimtevaarders verbruik minder hulpbronne en minder bestralingslading op die bemanning. Daarbenewens, soos dit lyk, sal daar nie so 'n afhanklikheid van "vensters" wees nie, dit wil sê die veelvuldige benadering van Mars na die Aarde elke paar jaar.

Daar is egter 'n risiko, wat die feit insluit dat die reaktor aan boord 'n bykomende bron van bestraling sal wees in 'n situasie waar die ruimte reeds 'n groot bedreiging van hierdie aard inhou. Dit is nie al nie. Kern termiese enjin dit kan nie in die Aarde se atmosfeer gelanseer word nie uit vrees vir 'n moontlike ontploffing en besoedeling. Daarom word gewone vuurpyle voorsien vir lansering. Daarom slaan ons nie die duurste stadium oor wat verband hou met die lansering van massa in 'n wentelbaan vanaf die Aarde nie.

NASA navorsingsprojek genoem BOME (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) is een voorbeeld van NASA se pogings om terug te keer na kernaandrywing. In 2017, voordat daar enige sprake was van 'n terugkeer na die tegnologie, het NASA 'n driejaarkontrak van $19 miljoen aan BWX Technologies toegeken om die brandstofkomponente en reaktore te ontwikkel wat nodig is vir konstruksie. kernenjin. Een van NASA se nuutste ruimte-kernaandrywingskonsepte is die Swarm-Probe ATEG-reaktor, SPEAR(3), wat na verwagting 'n nuwe liggewig-reaktor-moderator en gevorderde termo-elektriese kragopwekkers (ATEG's) sal gebruik om die algehele kernmassa aansienlik te verminder.

Dit sal vereis dat die bedryfstemperatuur verlaag word en die algehele kragvlak van die kern verlaag word. Die verminderde massa sal egter minder aandryfkrag vereis, wat lei tot 'n klein, goedkoop, kernaangedrewe elektriese ruimtetuig.

3. Visualisering van die sonde wat ontwikkel is binne die Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor-projek.

Anatoly PerminovDit is aangekondig deur die hoof van die Federale Ruimte-agentskap van Rusland. sal 'n kernaangedrewe ruimtetuig vir diep ruimtereise ontwikkel, wat sy eie, oorspronklike benadering bied. Die voorlopige ontwerp is teen 2013 voltooi, en die volgende 9 jaar word vir ontwikkeling beplan. Hierdie stelsel moet 'n kombinasie wees van kernkragopwekking met 'n ioonaandrywingstelsel. Warm gas by 1500°C van die reaktor moet 'n turbine laat draai wat 'n kragopwekker laat draai wat elektrisiteit vir die ioonenjin opwek.

Volgens Perminov, die rit sal 'n bemande sending na Mars kan ondersteunen ruimtevaarders kon danksy kernkrag vir 30 dae op die Rooi Planeet bly. In totaal sal 'n vlug na Mars met 'n kernenjin en konstante versnelling ses weke neem in plaas van agt maande, as 'n stootkrag 300 keer groter is as dié van 'n chemiese enjin.

Alles is egter nie so glad in die Russiese program nie. In Augustus 2019 het 'n reaktor in Sarov, Rusland aan die kus van die Witsee ontplof, wat deel was van 'n vuurpylenjin in die Oossee. vloeibare brandstof. Dit is nie bekend of hierdie ramp verband hou met die Russiese kernaandrywingsnavorsingsprogram wat hierbo beskryf is nie.

Ongetwyfeld egter 'n element van wedywering tussen die Verenigde State en Rusland, en moontlik China op die grond gebruik van kernenergie in die ruimte gee navorsing 'n sterk versnellende stukrag.