Kjarnorka í geimnum. Atómhröðunarboð

Hugmyndin um að nota kjarnorku til að knýja fram geimfar og nota hana í framtíðarstöðvum eða byggðum utan jarðar er ekki ný. Undanfarið hafa þeir komið í nýrri bylgju og eftir því sem þeir verða vettvangur mikillar valdasamkeppni verður útfærsla þeirra líklegri.

NASA og bandaríska orkumálaráðuneytið hófu leit meðal söluaðila verkefni kjarnorkuvera á tunglinu og Mars. Þetta ætti að styðja við langtímarannsóknir og jafnvel landnámsverkefni. Markmið NASA er að hafa það tilbúið til sjósetningar árið 2026. Verksmiðjan verður að vera fullbúin og sett saman á jörðinni og síðan prófuð til öryggis.

Anthony Calomino, forstöðumaður kjarnorkutækni hjá NASA hjá geimtæknistofnuninni, sagði það Ætlunin er að þróa XNUMX kílóvatta kjarnaklofnunarkerfi sem á endanum verður skotið á loft og komið fyrir á tunglinu. (einn). Það verður að vera samþætt við tungllendinginn og hvatamaðurinn mun taka það til braut tunglsins. Hleðslutæki koma síðan kerfinu upp á yfirborðið.

Gert er ráð fyrir að við komu á staðinn verði það strax tilbúið til notkunar, án þess að þörf sé á viðbótarsamsetningu eða framkvæmdum. Aðgerðin er sýning á möguleikunum og verður upphafið að því að nota lausnina og afleiður í.

„Þegar tæknin hefur verið staðfest í sýnikennslu er hægt að stækka framtíðarkerfi eða nota mörg tæki saman í langtímaferðum til tunglsins og hugsanlega Mars,“ útskýrði Calomino á CNBC. „Fjórar einingar, sem hver framleiðir 10 kílóvött af rafmagni, munu veita nægjanlegt afl til setja upp útvarðarstöð á tunglinu eða Mars.

Getan til að framleiða mikið magn af raforku á yfirborði pláneta með því að nota jarðbundið klofningskerfi mun gera umfangsmiklum rannsóknum, mannlegum útvörðum og nýtingu auðlinda á staðnum kleift, á sama tíma og það gerir möguleika á markaðssetningu.”

Hvernig mun það virka kjarnorkuver? Örlítið auðgað form kjarnorkueldsneyti viljastyrkur kjarnakjarna... Lítil kjarnaofni það mun framleiða varma, sem verður fluttur til orkubreytingakerfisins. Aflbreytingarkerfið mun samanstanda af hreyflum sem eru hannaðar til að ganga fyrir kjarnahita frekar en brennanlegu eldsneyti. Þessar vélar nota varma, umbreyta honum í rafmagn, sem er skilyrt og dreift til notendabúnaðar á yfirborði tunglsins og Mars. Aðferðin við hitaleiðni er mikilvæg til að viðhalda réttu hitastigi tækjanna.

Kjarnorka er nú talinn eini sanngjarni kosturinn þar sem sólarorka, vind- og vatnsafl eru ekki aðgengilegar. Á Mars er styrkur sólar til dæmis mjög breytilegur eftir árstíðum og reglulegir rykstormar geta varað í marga mánuði.

Á tunglinu kalt tungl nóttin varir í 14 daga, sólarljósið er mjög breytilegt nálægt pólunum og fjarverandi frá gígunum með varanlega skugga. Við svo erfiðar aðstæður er erfitt að fá orku úr sólarljósi og eldsneytisbirgðir eru takmarkaðar. Yfirborðsklofnunarorka býður upp á auðvelda, áreiðanlega og skilvirka lausn.

Ólíkt kjarnaofnar á jörðu niðriþað er engin áform um að fjarlægja eða skipta um eldsneyti. Í lok 10 ára verkefnisins liggur einnig fyrir áætlun um örugga niðurlagningu stöðvarinnar. „Í lok endingartíma þess verður slökkt á kerfinu og geislunarstigið mun smám saman lækka niður í það stig sem er öruggt fyrir aðgang og notkun manna,“ útskýrði Calomino. „Hægt er að flytja úrgangskerfi á afskekktan geymslustað þar sem þau stofna hvorki áhöfninni né umhverfinu í hættu.“

Lítill, léttur en duglegur reactor, í mikilli eftirspurn

Eins og geimkönnun þróast, erum við nú þegar að gera nokkuð vel með kjarnorkuframleiðslukerfi í litlum mæli. Slík kerfi hafa lengi knúið ómannað geimfar sem ferðast langt út í sólkerfið.

Árið 2019 flaug kjarnorkuknúið New Horizons geimfar í gegnum fjarlægasta fyrirbærið sem sést hefur á stuttu færi, Ultima Thule, langt handan Plútó á svæði sem kallast Kuiper beltið. Hann hefði ekki getað gert það án kjarnorku. Sólarorka er ekki tiltæk í nægjanlegum styrk utan sporbrautar Mars. Efnagjafar endast ekki lengi vegna þess að orkuþéttleiki þeirra er of lítill og massi þeirra of stór.

Notað í langdrægum verkefnum geislavarma rafala (RTG) notar plútóníum samsætuna 238Pu, sem er tilvalin til að búa til varanlegan varma úr náttúrulegri geislavirkri rotnun með því að gefa frá sér alfa agnir, sem síðan er breytt í rafmagn. 88 ára helmingunartími þess þýðir að það mun þjóna langtíma trúboði. Hins vegar geta RTG ekki veitt þann mikla sértæka kraft sem þarf fyrir langa verkefni, stórfelldari skip, svo ekki sé minnst á geimvera bækistöðvar.

Lausn, til dæmis, fyrir könnunarviðveru og hugsanlega landnám á Mars eða tunglinu gæti verið hönnun lítilla kjarnaofna sem NASA hefur verið að prófa í nokkur ár. Þessi tæki eru þekkt sem Kilopower fission orku verkefni (2), eru hönnuð til að veita raforku frá 1 til 10 kW og hægt er að stilla þær sem samræmdar einingar til að knýja knúningskerfi eða til að styðja við rannsóknir, námuvinnslu eða nýlendur á framandi geimlíkum.

Eins og þú veist skiptir massi máli í geimnum. reactor máttur það ætti ekki að fara yfir þyngd meðalbíls. Eins og við vitum til dæmis frá nýlegri sýningu SpaceX Falcon Heavy eldflaugarað skjóta bíl út í geim er ekki tæknilegt vandamál eins og er. Þannig er auðvelt að koma ljóskljúfum fyrir á sporbraut um jörðu og víðar.

2. XNUMX kilowatt KIlopower reactor frumgerð.

Eldflaug með kjarnaofni vekur vonir og ótta

Fyrrum stjórnandi NASA Jim Bridenstine lagði hann margoft áherslu á kostir kjarnorkuvarmavéla, og bætti við að meira afl á braut gæti hugsanlega gert farþega á braut um að komast framhjá með góðum árangri ef vopnum gegn gervihnattarásum yrði ráðist á þær.

Kjarnakljúfar á sporbraut þeir gætu einnig knúið öfluga herleysisbúnað, sem er einnig mjög áhugavert fyrir bandarísk yfirvöld. Hins vegar, áður en kjarnorkueldflaugahreyfill fer í sitt fyrsta flug, verður NASA að breyta lögum sínum um að koma kjarnorkuefnum út í geim. Ef þetta er rétt, þá ætti, samkvæmt áætlun NASA, fyrsta flug kjarnorkuhreyfils að fara fram árið 2024.

Hins vegar virðast Bandaríkin vera að hefja kjarnorkuverkefni sín, sérstaklega eftir að Rússar tilkynntu um áratuga langa áætlun um að smíða kjarnorkuknúið borgaralegt geimfar. Þeir voru einu sinni ótvíræður leiðtogi í geimtækni.

Á sjöunda áratugnum voru Bandaríkin með verkefni fyrir Orion púls-púls kjarnorkuflaug, sem átti að vera svo öflugt að það gæti leyft flytja heilu borgirnar út í geiminnog jafnvel farið í mönnuð flug til Alpha Centauri. Allar þessar gömlu amerísku fantasíuraðir hafa verið á hillunni síðan á áttunda áratugnum.

Hins vegar er kominn tími til að dusta rykið af gamla hugmyndinni. kjarnorkuvél í geimnumaðallega vegna þess að keppinautar, í þessu tilviki aðallega Rússland, hafa nýlega sýnt þessari tækni mikinn áhuga. Kjarnorkuvarmaeldflaug gæti stytt flugtímann til Mars um helming, jafnvel í hundrað daga, sem þýðir að geimfarar neyta færri auðlinda og minna geislunarálag á áhöfnina. Þar að auki, eins og það virðist, verður engin slík háð "gluggum", það er að segja endurtekinni aðkomu Mars að jörðinni á nokkurra ára fresti.

Hins vegar er hætta á því, sem felur í sér þá staðreynd að kjarnaofninn um borð yrði viðbótargeislunargjafi í aðstæðum þar sem geimnum stafar nú þegar mikil ógn af þessu tagi. Það er ekki allt. Kjarnorkuvarmavél ekki er hægt að skjóta því á loft í lofthjúpi jarðar af ótta við mögulega sprengingu og mengun. Því eru venjulegar eldflaugar útvegaðar til að skjóta á loft. Þess vegna sleppum við ekki dýrasta stiginu sem tengist því að massa sé skotið á sporbraut frá jörðu.

Rannsóknarverkefni NASA kallað TREES (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) er eitt dæmi um tilraunir NASA til að komast aftur að kjarnaknúnum. Árið 2017, áður en talað var um að snúa aftur til tækninnar, veitti NASA BWX Technologies þriggja ára, 19 milljón dollara samning til að þróa eldsneytisíhluti og kjarnaofna sem þarf til smíði. kjarnorkuvél. Eitt af nýjustu hugmyndum NASA um kjarnaknúna geimknúna er Swarm-Probe ATEG Reactor, SPEAR(3), sem gert er ráð fyrir að noti nýjan léttan kjarnakljúf og háþróaða hitaraflgjafa (ATEG) til að draga verulega úr heildarkjarnamassa.

Þetta mun krefjast þess að lækka rekstrarhitastigið og lækka heildarafl kjarnans. Hins vegar mun minnkaður massi krefjast minna knúningsafls, sem leiðir af sér lítið, ódýrt, kjarnorkuknúið rafmagnsgeimfar.

3. Sýning á rannsakanda sem þróað er innan ramma Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor verkefnisins.

Anatoly PerminovÞetta tilkynnti yfirmaður alríkisgeimferðastofnunarinnar í Rússlandi. mun þróa kjarnorkuknúið geimfar fyrir djúp geimferðir, sem býður upp á sína eigin frumlegu nálgun. Frumhönnun var lokið árið 2013 og stefnt er að uppbyggingu næstu 9 árin. Þetta kerfi ætti að vera sambland af kjarnorkuframleiðslu og jónadrifkerfi. Heitt gas við 1500°C frá kjarnaofni ætti að snúa túrbínu sem snýr rafal sem framleiðir rafmagn fyrir jónavélina.

Samkvæmt Perminov, drifið mun geta stutt mönnuð leiðangur til Marsog geimfarar gátu dvalið á rauðu plánetunni í 30 daga þökk sé kjarnorku. Alls myndi flug til Mars með kjarnorkuhreyfli og stöðugri hröðun taka sex vikur í stað átta mánaða, miðað við 300 sinnum meiri afkastagetu en efnavél.

Hins vegar er ekki allt svo slétt í rússnesku forritinu. Í ágúst 2019 sprakk kjarnaofni í Sarov í Rússlandi við strendur Hvítahafsins, sem var hluti af eldflaugahreyfli í Eystrasalti. fljótandi eldsneyti. Ekki er vitað hvort þessi hörmung tengist rússnesku kjarnorkurannsóknaráætluninni sem lýst er hér að ofan.

Án efa er þó þáttur í samkeppni milli Bandaríkjanna og Rússlands, og hugsanlega Kína á vettvangi notkun kjarnorku í geimnum gefur rannsóknum sterka hröðunarhvöt.