Atomenergia az űrben. Atomgyorsulási impulzusok

Az az elképzelés, hogy atomenergiát használnak űrhajók meghajtására, és azt jövőbeni földönkívüli bázisokon vagy településeken használják fel, nem új keletű. A közelmúltban új hullámban érkeztek, és ahogy a nagyhatalmi rivalizálás terepévé válnak, egyre valószínűbb a megvalósításuk.

A NASA és az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma kutatásba kezdett a kereskedő cégek között atomerőművek projektjei a Holdon és a Marson. Ennek támogatnia kell a hosszú távú kutatásokat és talán még a rendezési projekteket is. A NASA célja, hogy 2026-ra készen álljon az indításra. Az üzemet teljesen le kell gyártani és össze kell szerelni a Földön, majd tesztelni kell a biztonság szempontjából.

Anthony Calomino, a NASA Space Technology Administration nukleáris technológiai igazgatója ezt mondta A terv egy XNUMX kilowattos atommaghasadási rendszer kifejlesztése, amelyet végül elindítanak és a Holdon helyeznek el. (egy). Integrálni kell a Hold leszállóhoz, és az erősítő elviszi hold pályája. Rakodó majd felszínre hozza a rendszert.

A helyszínre érkezéskor várhatóan azonnal üzemkész lesz, további összeszerelés vagy építés nélkül. A művelet a lehetőségek bemutatása, és a megoldás és származékai használatának kiindulópontja lesz.

„Miután a technológiát egy demonstráció során validálták, a jövőbeli rendszerek méretezhetők, vagy több eszköz együttesen használható hosszú távú küldetésekhez a Holdra és esetleg a Marsra” – magyarázta Calomino a CNBC-n. „Négy blokk, amelyek mindegyike 10 kilowatt villamos energiát termel, elegendő teljesítményt biztosít előőrs felállítása a Holdon vagy a Marson.

Az a képesség, hogy földi alapú hasadási rendszer segítségével nagy mennyiségű villamos energiát állítsanak elő a bolygók felszínén, lehetővé teszi a nagyszabású kutatást, az emberi előőrsöket és az erőforrások in situ felhasználását, miközben lehetővé teszi a kereskedelmi forgalomba hozatal lehetőségét."

Hogyan fog működni atomerőmű? Enyhén dúsított forma nukleáris üzemanyag akaraterő nukleáris mag... Kicsi nukleáris reaktor hőt fog termelni, amely az energiaátalakító rendszerbe kerül. Az energiaátalakító rendszer olyan motorokból áll majd, amelyeket éghető tüzelőanyag helyett reaktorhővel működtetnek. Ezek a motorok hőt használnak fel, alakítanak át elektromos árammá, amelyet kondicionálnak és elosztanak a Hold és a Mars felszínén lévő felhasználói berendezések között. A hőleadás módja fontos a készülékek megfelelő üzemi hőmérsékletének fenntartásához.

Atomenergia jelenleg az egyetlen ésszerű alternatíva napenergia, szél- és vízenergia nem könnyen elérhetők. A Marson például a nap ereje nagymértékben változik az évszakok függvényében, és az időszakos porviharok hónapokig is eltarthatnak.

A Holdon hideg hold az éjszaka 14 napig tart, a napfény nagyon változó a sarkok közelében, és hiányzik az állandóan árnyékolt kráterekből. Ilyen nehéz körülmények között nehéz napfényből energiát nyerni, és az üzemanyag-ellátás is korlátozott. A felszíni hasadási energia egyszerű, megbízható és hatékony megoldást kínál.

Eltérően földi reaktoroknem áll szándékában az üzemanyag eltávolítása vagy cseréje. A 10 éves misszió végén terv van a létesítmény biztonságos leszerelésére is. "Az élettartam végén a rendszer kikapcsol, és a sugárzás szintje fokozatosan olyan szintre csökken, amely biztonságos az emberi hozzáférés és a működés szempontjából" - magyarázta Calomino. "A hulladékrendszerek távoli tárolóhelyre helyezhetők, ahol nem veszélyeztetik a személyzetet vagy a környezetet."

Kicsi, könnyű, de hatékony reaktor, nagy igény

Ahogy az űrkutatás fejlődik, már most egész jól állunk nukleáris energiatermelő rendszerek kis léptékben. Az ilyen rendszerekben régóta működnek olyan pilóta nélküli űrhajók, amelyek eljutnak a Naprendszer távoli részébe.

2019-ben a nukleáris meghajtású New Horizons űrszonda átrepült a valaha közelről látott legtávolabbi objektumon, az Ultima Thulén, messze a Plútón túl, a Kuiper-övként ismert régióban. Nem tudta volna megtenni atomenergia nélkül. A Mars pályáján kívül nem áll rendelkezésre kellő erősségű napenergia. A vegyi források nem tartanak sokáig, mert túl alacsony az energiasűrűségük és túl nagy a tömegük.

Hosszú távú küldetéseken használják radiotermikus generátorok (RTG) a 238Pu plutónium izotópot használja, amely ideális a természetes radioaktív bomlásból származó állandó hő előállítására alfa-részecskék kibocsátásával, amelyeket ezután elektromossággá alakítanak. 88 éves felezési ideje azt jelenti, hogy hosszú távú küldetést fog szolgálni. Az RTG-k azonban nem tudják biztosítani a hosszú küldetésekhez szükséges nagy fajlagos teljesítményt, a nagyobb tömegű hajókat, nem is beszélve a földönkívüli bázisokról.

Megoldást jelenthetnek például a feltáró jelenlétre, esetleg a Marson vagy a Holdon való letelepedésre olyan kis reaktortervek, amelyeket a NASA több éve tesztel. Ezeket az eszközöket ún Kilopower hasadási energia projekt (2) 1-10 kW teljesítményű elektromos áram ellátására tervezték, és koordinált modulként konfigurálhatók meghajtórendszerekhez, vagy kutatások, bányászat vagy idegen űrtestek kolóniáinak támogatására.

Mint tudod, a tömeg számít a térben. reaktor teljesítménye nem haladhatja meg egy átlagos jármű tömegét. Mint azt például egy friss műsorból tudjuk SpaceX Falcon Heavy rakétákegy autó világűrbe indítása jelenleg nem jelent technikai problémát. Így a könnyű reaktorok könnyen Föld körüli pályára és azon túl is állíthatók.

2. XNUMX kilowattos KIlopower reaktor prototípusa.

A reaktorral felszerelt rakéta reményeket és félelmeket kelt

Volt NASA-adminisztrátor Jim Bridenstine sokszor hangsúlyozta A nukleáris hőmotorok előnyei, hozzátéve, hogy a pályán lévő nagyobb teljesítmény potenciálisan lehetővé teheti a keringő hajók sikeres elkerülését, ha műholdellenes fegyverek támadják meg őket.

Reaktorok pályán nagy teljesítményű katonai lézereket is működtethetnének, ami szintén nagy érdeklődésre tart számot az amerikai hatóságok számára. Mielőtt azonban egy nukleáris rakétahajtómű végrehajtaná az első repülést, a NASA-nak meg kell változtatnia a nukleáris anyagok világűrbe juttatására vonatkozó törvényeit. Ha ez igaz, akkor a NASA terve szerint 2024-ben kellene megtörténnie egy atommotor első repülésének.

Úgy tűnik azonban, hogy az Egyesült Államok lendületesen beindítja nukleáris projektjeit, különösen azután, hogy Oroszország egy évtizedes programot jelentett be egy nukleáris meghajtású polgári űrhajó megépítésére. Egykor vitathatatlanul vezető szerepet játszottak az űrtechnológiában.

A 60-as években az Egyesült Államoknak volt egy projektje az Orion impulzus-impulzusos nukleáris rakétára, amely olyan erősnek számított, hogy lehetővé tette. egész városokat mozgatni az űrbeés még emberes repülést is hajt végre az Alpha Centauriba. Azok a régi amerikai fantasy sorozatok a 70-es évek óta a polcon vannak.

Ideje azonban leporolni a régi koncepciót. atommotor az űrbenfőleg azért, mert a versenytársak, jelen esetben főleg Oroszország, az utóbbi időben nagy érdeklődést mutattak e technológia iránt. Egy nukleáris termikus rakéta felére, talán akár száz napra is lerövidítheti a Marsra való repülési időt, ami azt jelenti, hogy az űrhajósok kevesebb erőforrást fogyasztanak, és kevesebb sugárterhelést érnek el a személyzetre. Ráadásul, ahogy látszik, nem lesz ekkora függés az „ablakoktól”, vagyis a Marsnak a Földhöz néhány évente történő többszöri közeledésétől.

Van azonban egy kockázat, amely magában foglalja azt a tényt is, hogy a fedélzeti reaktor további sugárforrás lenne egy olyan helyzetben, amikor az űr már eleve óriási ilyen jellegű veszélyt rejt magában. Ez nem minden. Atomtermikus motor egy esetleges robbanástól és szennyeződéstől tartva nem indítható a Föld légkörébe. Ezért normál rakétákat biztosítanak az indításhoz. Ezért nem hagyjuk ki azt a legköltségesebb szakaszt sem, amely a tömegek Földről történő pályára állításával kapcsolatos.

elnevezésű NASA kutatási projekt FÁK (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) a NASA azon erőfeszítéseinek egyik példája, hogy visszatérjen a nukleáris meghajtáshoz. 2017-ben, mielőtt még szóba került volna a technológiához való visszatérés, a NASA három évre, 19 millió dolláros szerződést kötött a BWX Technologies-szel az építkezéshez szükséges üzemanyag-komponensek és reaktorok fejlesztésére. atommotor. A NASA egyik legújabb űrnukleáris meghajtási koncepciója a Swarm-Probe ATEG Reactor, a SPEAR(3), amely várhatóan új könnyűsúlyú reaktormoderátort és fejlett termoelektromos generátorokat (ATEG) használ a mag teljes tömegének jelentős csökkentésére.

Ehhez csökkenteni kell az üzemi hőmérsékletet és csökkenteni kell a mag teljes teljesítményszintjét. A csökkentett tömeg azonban kisebb hajtóerőt igényel, ami egy kicsi, olcsó, atommeghajtású elektromos űrhajót eredményez.

3. A Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor projekt keretében kifejlesztett szonda megjelenítése.

Anatolij PerminovEzt az orosz Szövetségi Űrügynökség vezetője jelentette be. nukleáris meghajtású űrhajót fejleszt majd mélyűrutazáshoz, amely a maga, eredeti megközelítését kínálja. Az előterv 2013-ra készült el, a következő 9 év fejlesztését tervezik. Ennek a rendszernek az atomenergia-termelés és az ionhajtómű kombinációjának kell lennie. A reaktorból 1500 °C-os forró gáznak meg kell forgatnia egy turbinát, amely egy generátort forgat, amely elektromosságot termel az ionmotor számára.

Perminov szerint a meghajtó képes lesz támogatni egy emberes küldetést a Marsraaz űrhajósok pedig 30 napig maradhattak a Vörös Bolygón az atomenergiának köszönhetően. Összességében egy nukleáris hajtóművel és állandó gyorsítással egy Marsra való repülés nyolc hónap helyett hat hetet vesz igénybe, ha a tolóerőt 300-szor nagyobbra vesszük, mint egy vegyi hajtóműnél.

Az orosz programban azonban nem minden olyan zökkenőmentes. 2019 augusztusában az oroszországi Szarovban, a Fehér-tenger partján felrobbant egy reaktor, amely a Balti-tengerben lévő rakétahajtómű része volt. folyékony üzemanyag. Nem ismert, hogy ez a katasztrófa összefügg-e a fent leírt orosz nukleáris meghajtás kutatási programmal.

Kétségtelenül azonban az Egyesült Államok és Oroszország, illetve esetleg Kína közötti rivalizálás egyik eleme. atomenergia felhasználása az űrben erős gyorsuló lendületet ad a kutatásnak.