Księżycowy reaktor jądrowy

Naukowcy z NASA i Departamentu Energii przetestowali ostatnio kluczowe technologie rozwoju reaktora jądrowego, który mógłby zasilać ludzką placówkę na Księżycu lub Marsie. Testy dowodzą, że agencje mogą zbudować bezpieczny, niezawodny i wydajny system do 2020 roku, w którym NASA planuje powrót ludzi na Księżyc.

Moc wytwórcza: Jednostka konwersji mocy składająca się z dwóch silników Stirlinga, ustawionych naprzeciw siebie, jest przygotowana do testów w Marshall Space Flight Center NASA. Pompowany ciekły metal służy do przenoszenia ciepła z reaktora do silników, gdzie jest zamieniane na energię elektryczną.

Reaktor rozszczepienia działa na zasadzie rozszczepiania atomów i uwalniania energii w postaci ciepła, które zamienia się w energię elektryczną. Pomysł na wykorzystanie energii jądrowej w kosmosie sięga końca lat pięćdziesiątych, kiedy rozważano dostarczanie napędu poprzez Projekt Orion. W latach 60. seria kompaktowych, eksperymentalnych kosmicznych reaktorów jądrowych została opracowana przez NASA w ramach Systemy Jądrowej Energii Pomocniczej program. Ale obawy o bezpieczeństwo publiczne i międzynarodowy traktat zakazujący broni jądrowej w kosmosie zatrzymały rozwój.

Teraz energia jądrowa jest rozważana w misjach księżycowych i marsjańskich, ponieważ w przeciwieństwie do alternatyw, takich jak energia słoneczna, może zapewniać stałą energię, niezbędną do systemów podtrzymywania życia ludzkiego, ładowania łazików i wydobywania zasobów. Systemy energii słonecznej wymagałyby również zastosowania urządzeń magazynujących energię, takich jak baterie lub ogniwa paliwowe, dodając niechcianą masę do systemu. Energia słoneczna jest dodatkowo ograniczona, ponieważ księżyc jest ciemny nawet przez 14 dni i ma głębokie kratery, które mogą przesłaniać słońce. Mars jest dalej od Słońca niż Ziemia czy Księżyc, więc można tam zebrać mniej energii słonecznej.

Nowy system energetyki jądrowej jest częścią projektu NASA rozpoczętego w 2006 roku, zwanego Moc powierzchni rozszczepienia , czyli badanie małych reaktorów przeznaczonych do użytku na innych planetach. Chociaż energia jądrowa pozostaje kontrowersyjna, naukowcy twierdzą, że reaktor zostałby zaprojektowany tak, aby był całkowicie bezpieczny i zostałby zakopany w bezpiecznej odległości od astronautów, aby chronić ich przed wszelkim promieniowaniem, które wygeneruje.

W ostatnich testach zbadano technologie, w których reaktor jądrowy byłby sprzężony z silnikiem Stirlinga zdolnym do wytworzenia 40 kilowatów energii – wystarczającej do zasilenia przyszłej księżycowej lub marsjańskiej placówki.

Nie budujemy systemu, który potrzebuje setek gigawatów energii, takich jak te, które wytwarzają energię elektryczną dla naszych miast – mówi Don Palac, kierownik projektu w NASA. Centrum Badawcze Glenna w Cleveland, Ohio. System musi być tani, bezpieczny i solidny, a nasze ostatnie testy wykazały, że możemy go z powodzeniem zbudować, mówi Palac.

Aby wytworzyć energię elektryczną, naukowcy wykorzystali ciekły metal do przesyłania ciepła z reaktora do silnika Stirlinga, który wykorzystuje ciśnienie gazu do konwersji ciepła na energię potrzebną do wytworzenia energii elektrycznej. Do testów naukowcy wykorzystali niejądrowe źródło ciepła. Ciekły metal był mieszaniną sodowo-potasową, która była używana w przeszłości do przenoszenia ciepła z reaktora do generatora, mówi Palac, ale po raz pierwszy ta mieszanina została użyta w silniku Stirlinga.

Są bardzo wydajne i solidne, i wierzymy, że mogą przetrwać osiem lat bez nadzoru, mówi Lee Mason, główny badacz projektu w Glenn. System działał lepiej niż oczekiwano, mówi Palac, generując 2,3 kilowata mocy w stałym tempie.

Ochłonięcie: Marc Gibson, inżynier testowy NASA, sprawdza panel chłodnicy używany do chłodzenia układu zasilania rozszczepienia, który jest testowany w Glenn Research Center. Panel ma sześć stóp na dziewięć stóp. Dwadzieścia takich grzejników byłoby potrzebnych do pełnego systemu.

Naukowcy opracowali również lekki panel chłodnicy do chłodzenia systemu i rozpraszania ciepła z reaktora. Prototypowy panel ma około sześć stóp na dziewięć stóp, czyli jedną dwudziestą rozmiaru wymaganego dla systemu w pełnej skali. Ciepło z systemu chłodzenia wodnego jest cyrkulowane do grzejnika, gdzie się rozprasza.

Naukowcy przetestowali panel chłodnicy w komorze próżniowej w Glenn, która odtwarza brak atmosfery i ekstremalne temperatury na Księżycu – od ponad 100 stopni Celsjusza w ciągu dnia do poniżej 100 stopni Celsjusza w nocy. Panel rozproszył sześć kilowatów energii, więcej niż oczekiwano – bardzo udany test, mówi Palac. Na Księżycu panel musi również przetrwać w zakurzonym środowisku spowodowanym przez regolit.

Na koniec naukowcy przetestowali działanie alternatora Stirlinga w środowisku radiacyjnym przy Sandia National Laboratories w Albuquerque, Nowy Meksyk. Celem było przetestowanie wydajności silnika, upewniając się, że materiały nie ulegną degradacji. Alternator został poddany 20-krotnemu napromieniowaniu, jakiego można by się spodziewać w okresie jego eksploatacji i przetrwał bez większych problemów.

Mason mówi, że testy są bardzo ważne dla wykazania wykonalności systemu i że następnym krokiem jest przeprowadzenie przez naukowców pełnej demonstracji systemu poprzez połączenie symulatora reaktora niejądrowego z silnikiem Stirlinga i panelem chłodnicy. Mówi, że testy te powinny zakończyć się w 2014 roku.

Naukowcy pracują również nad przeniesieniem mocy i elektroniką systemu. Baza księżycowa potrzebuje dużo energii do takich rzeczy, jak komputery, systemy podtrzymywania życia i do podgrzewania skał, aby wydobyć zasoby takie jak tlen i wodór, mówi Ross Radel, starszy członek personelu technicznego i członek grupy zajmującej się zaawansowanymi koncepcjami jądrowymi w Sandia. . Jego grupa pracuje nad dynamiczną analizą systemów, modelem komputerowym, który przewiduje, jak reaktor będzie się zachowywał podczas testów. Nuklearna jest odskocznią, która pozwala na dalsze załogowe eksploracje kosmosu, mówi Radel.

To fascynujący projekt i jedyna możliwa metoda zasilania załogową podróżą na Marsa, mówi Daniel Hollenbach, naukowiec z wydziału nauk i technologii jądrowych w Oak Ridge National Laboratory, który nie był zaangażowany w projekt.

Mason mówi, że rozszczepienie jądrowe jest jedną z wielu koncepcji testowanych jako źródło zasilania dla ludzkich misji na Księżyc i Marsa, a jeśli zostanie wybrana, mówi, że technologia może zostać wdrożona do 2020 roku.

ukryć