Нуклеарна енергија во вселената. Импулси на атомско забрзување

Идејата за користење нуклеарна енергија за придвижување на вселенски летала и нејзино користење во идни вонземски бази или населби не е нова. Неодамна, тие дојдоа во нов бран, и како што стануваат поле на ривалство на големите сили, нивната имплементација станува поверојатна.

НАСА и американското Министерство за енергетика започнаа потрага меѓу дилерските компании проекти на нуклеарни централи на Месечината и Марс. Ова треба да поддржува долгорочни истражувања, а можеби дури и проекти за населување. Целта на НАСА е да биде подготвен за лансирање до 2026 година. Фабриката мора да биде целосно фабрикувана и составена на Земјата и потоа да се тестира за безбедност.

Ентони Каломино, директорот за нуклеарна технологија на НАСА во Управата за вселенска технологија, рече дека Планот е да се развие систем за нуклеарна фисија од XNUMX киловати кој на крајот ќе биде лансиран и поставен на Месечината. (еден). Мора да се интегрира со лунарниот лендер и засилувачот ќе го однесе до орбита на месечината. Натоварувач потоа извадете го системот на површина.

Се очекува по пристигнувањето на локацијата веднаш да биде подготвен за работа, без потреба од дополнително склопување или изградба. Операцијата е демонстрација на можностите и ќе биде почетна точка за користење на решението и неговите деривати.

„Откако технологијата ќе биде потврдена за време на демонстрациите, идните системи може да се зголемат или повеќе уреди да се користат заедно за долгорочни мисии на Месечината и можеби Марс“, објасни Каломино за CNBC. „Четири единици, од кои секоја произведува по 10 киловати електрична енергија, ќе обезбедат моќност доволна за поставување на истурена станица на Месечината или Марс.

Способноста да се генерираат големи количества електрична енергија на површината на планетите користејќи систем за фисија на земја ќе овозможи истражување од големи размери, човечки позиции и користење на ресурси на самото место, истовремено овозможувајќи можност за комерцијализација“.

Како ќе функционира нуклеарна централа? Малку збогатена форма нуклеарно гориво волја нуклеарно јадро. Мали нуклеарен реактор ќе генерира топлина, која ќе се пренесе на системот за конверзија на моќност. Системот за конверзија на моќноста ќе се состои од мотори дизајнирани да работат на топлина на реакторот наместо на запаливо гориво. Овие мотори користат топлина, ја претвораат во електрична енергија, која се условува и дистрибуира до корисничката опрема на површината на Месечината и Марс. Начинот на дисипација на топлина е важен за одржување на правилната работна температура на уредите.

Нуклеарната енергија сега се смета како единствена разумна алтернатива каде сончева енергија, ветер и хидроенергија не се лесно достапни. На Марс, на пример, силата на сонцето варира во голема мера со годишните времиња, а периодичните бури од прашина може да траат со месеци.

На Месечината ладен лунарен ноќта трае 14 дена, при што сончевата светлина значително се разликува во близина на половите и отсуствува од трајно засенчените кратери. Во такви тешки услови, добивањето енергија од сончева светлина е тешко, а резервите на гориво се ограничени. Енергијата на површинска фисија нуди лесно, сигурно и ефикасно решение.

За разлика од земја реакторинема намера да се отстрани или замени горивото. На крајот од 10-годишната мисија, постои и план за безбедно деактивирање на објектот. „На крајот на неговиот работен век, системот ќе биде исклучен, а нивото на радијација постепено ќе се намалува на ниво кое е безбедно за човечки пристап и работа“, објасни Каломино. „Системите за отпад може да се преместат на оддалечено место за складирање каде што нема да ја загрозат екипажот или животната средина.

Мал, лесен, но ефикасен реактор, со голема побарувачка

Како што се развива вселенското истражување, веќе ни оди доста добро системи за производство на нуклеарна енергија во мал обем. Ваквите системи долго време ги напојуваат вселенските летала без екипаж кои патуваат до далечните делови на Сончевиот систем.

Во 2019 година, вселенското летало New Horizons на нуклеарен погон прелета низ најоддалечениот објект некогаш виден од блиску, Ултима Туле, далеку подалеку од Плутон во регионот познат како Кајперовиот појас. Тој не можеше да го стори тоа без нуклеарна енергија. Сончевата енергија не е достапна во доволна сила надвор од орбитата на Марс. Хемиските извори не траат долго бидејќи нивната енергетска густина е премала и нивната маса е преголема.

Се користи за долги мисии радиотермални генератори (RTG) го користи изотопот на плутониум 238Pu, кој е идеален за генерирање трајна топлина од природно радиоактивно распаѓање со емитување алфа честички, кои потоа се претвораат во електрична енергија. Неговиот полуживот од 88 години значи дека ќе служи долгорочна мисија. Сепак, RTG не можат да ја обезбедат високата специфична моќност потребна за долги мисии, помасивни бродови, а да не зборуваме за вонземски бази.

Решението, на пример, за истражувачко присуство и евентуално населување на Марс или на Месечината може да бидат дизајни на мали реактори кои НАСА ги тестира веќе неколку години. Овие уреди се познати како Проект за енергетска фисија на киломоќ (2), се дизајнирани да снабдуваат електрична енергија од 1 до 10 kW и може да се конфигурираат како координирани модули за напојување на погонски системи или за поддршка на истражување, рударство или колонии на вонземски вселенски тела.

Како што знаете, масата е важна во вселената. моќ на реакторот не треба да ја надминува тежината на просечно возило. Како што знаеме, на пример, од една неодамнешна емисија Ракети Фалкон Хеви на SpaceXлансирањето автомобил во вселената во моментов не е технички проблем. Така, светлосните реактори можат лесно да се стават во орбитата околу Земјата и пошироко.

2. Прототип на XNUMX киловат KIlopower реактор.

Ракета со реактор буди надежи и стравови

Поранешен администратор на НАСА Џим Брајденстин многупати нагласи предностите на нуклеарните термални мотори, додавајќи дека поголема моќност во орбитата потенцијално би можела да им овозможи на орбиталните летала успешно да избегнуваат во случај на напад со антисателитско оружје.

Реактори во орбитата тие исто така би можеле да напојуваат моќни воени ласери, што е исто така од голем интерес за американските власти. Сепак, пред нуклеарниот ракетен мотор да го направи својот прв лет, НАСА мора да ги промени своите закони за испраќање нуклеарни материјали во вселената. Ако ова е вистина, тогаш, според планот на НАСА, првиот лет на нуклеарен мотор треба да се случи во 2024 година.

Сепак, се чини дека САД ги започнуваат своите нуклеарни проекти, особено откако Русија објави децениска програма за изградба на цивилно вселенско летало на нуклеарен погон. Тие некогаш беа неприкосновен лидер во вселенската технологија.

Во 60-тите, Соединетите Држави имаа проект за нуклеарната ракета со импулс Орион, која требаше да биде толку моќна што може да дозволи преместување на цели градови во вселенатапа дури и да направи лет со екипаж до Алфа Кентаур. Сите тие стари фантастични американски серии се на полицата уште од 70-тите.

Сепак, време е да се исчисти прашината од стариот концепт. нуклеарен мотор во вселенатаглавно затоа што конкурентите, во овој случај главно Русија, неодамна покажаа голем интерес за оваа технологија. Нуклеарната термална ракета би можела да го намали времето на летот до Марс на половина, можеби дури и на сто дена, што значи дека астронаутите трошат помалку ресурси и помалку оптоварување со радијација на екипажот. Дополнително, како што изгледа, нема да има таква зависност од „прозорците“, односно повторното приближување на Марс до Земјата на секои неколку години.

Сепак, постои ризик, кој го вклучува фактот дека реакторот на одборот би бил дополнителен извор на радијација во ситуација кога вселената веќе носи огромна закана од ваква природа. Тоа не е се. Нуклеарен термички мотор не може да биде лансиран во атмосферата на Земјата поради страв од можна експлозија и контаминација. Затоа, за лансирање се предвидени нормални ракети. Затоа, не ја прескокнуваме најскапата фаза поврзана со лансирањето на масата во орбитата од Земјата.

Истражувачкиот проект на НАСА наречен ДРВИ (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) е еден пример за напорите на НАСА да се врати на нуклеарниот погон. Во 2017 година, пред да се зборува за враќање на технологијата, НАСА и додели на BWX Technologies тригодишен договор од 19 милиони долари за развој на компонентите на горивото и реакторите потребни за изградба. нуклеарен мотор. Еден од најновите концепти за вселенски нуклеарен погон на НАСА е реакторот Swarm-Probe ATEG, SPEAR(3), кој се очекува да користи нов лесен модератор на реактор и напредни термоелектрични генератори (ATEG) за значително намалување на вкупната маса на јадрото.

Ова ќе бара намалување на работната температура и намалување на целокупното ниво на моќност на јадрото. Сепак, намалената маса ќе бара помала погонска моќ, што ќе резултира со мало, евтино електрично летало на нуклеарен погон.

3. Визуелизација на сондата развиена во рамките на проектот Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor.

Анатолиј ПерминовОва го соопшти шефот на Федералната вселенска агенција на Русија. ќе развие вселенско летало на нуклеарен погон за патување во длабока вселена, нудејќи свој, оригинален пристап. Идејниот проект е завршен до 2013 година, а планирани се за развој следните 9 години. Овој систем треба да биде комбинација од производство на нуклеарна енергија со јонски погонски систем. Топол гас на 1500°C од реакторот треба да сврти турбина што врти генератор кој генерира електрична енергија за јонскиот мотор.

Според Перминов, погонот ќе може да поддржува мисија со екипаж на Марса астронаутите би можеле да останат на Црвената планета 30 дена благодарение на нуклеарната енергија. Севкупно, летот до Марс со нуклеарен мотор и постојано забрзување би траел шест недели наместо осум месеци, под претпоставка дека потисок е 300 пати поголем од оној на хемиски мотор.

Сепак, не е сè толку мазно во руската програма. Во август 2019 година, реактор експлодираше во Саров, Русија на брегот на Белото Море, кој беше дел од ракетен мотор во Балтичкото Море. течно гориво. Не е познато дали оваа катастрофа е поврзана со руската истражувачка програма за нуклеарен погон опишана погоре.

Меѓутоа, несомнено, елемент на ривалство меѓу САД и Русија, а можеби и Кина на теренот употреба на нуклеарна енергија во вселената им дава на истражувањето силен забрзувачки поттик.