Как NASA создало портативный ядерный реактор

Наверное, ни для кого не секрет, что желание человека быть самостоятельным и независимым включает в себя и энергетическую автономность. И вот сейчас NASA представило одну из своих разработок в энергетической сфере.

Хотя пока ее использование относится исключительно к области космоса, но можно предположить, что когда-нибудь в будущем будет и версия для гражданских. Речь сейчас идет о проекте NASA, который призван обеспечить возможность функционирования колоний и поселений на других планетах, а именно: о портативном ядерном реакторе. Но этим использование данного проекта не ограничивается. Официальные представители Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства и Департамента энергетики США на пресс-конференции в Лас-Вегасе подробно рассказали о развитии системы ядерного деления в рамках проекта Kilopower NASA.

Содержание

1. Цели проекта Kilopower 
2. Участники проекта
3. Принцип работы реактора
4. Р.И.Т.Э.Г.
5. Выводы

Цели проекта Kilopower

НАСА занимается разработкой и исследованием проекта Kilopower, чтобы удовлетворить ожидаемые будущие потребности Земли в планетарной энергетике. Цель проекта Kilopower заключается в демонстрации технологии энергетических систем ядерного деления, позволяющей выполнять миссии на борту кораблей и на планетарных объектах. Предполагается, что реактор будет использоваться в пилотируемой миссии на Марс.

Он позволит благоустроить среду обитания и обеспечит на месте бесперебойную работу технологического оборудования для преобразования ресурсов Красной планеты в кислород, воду и топливо.

Управление миссии космической техники Агентства (STMD) предоставило многолетнее финансирование проекту Kilopower. Работы стартовали в ноябре 2017 и продлятся ориентировочно до апреля 2018, когда НАСА в сотрудничестве с Департаментом национальной безопасности штата Невада (DOE) проведет оценку эффективности и безопасности использования технологии.

Участники проекта

«Программа испытаний Kilopower проверит, готова ли эта технология к использованию ее в рамках космических полетов. Мы проверим все на аналитической модели, и выясним, насколько хорошо работает оборудование», — пояснил Ли Мейсон, главный технолог STMD по энергетике и сохранению мощности в штаб-квартире НАСА.
Мейсон отмечает, что инфраструктура и экспертиза DOE/National Nuclear Security Administration играют важную роль в цепочке испытаний, а также немаловажны таланты инженеров Национальной лаборатории Лос-Аламоса в Нью-Мексико. Исследовательский центр NASA Glenn Research Center в Кливленде управляет всеми этапами проекта Kilopower, начиная от проектирования и сборки оборудования, с участием Центра космических полетов NASA «Маршалл» в Хантсвилле, штат Алабама, путем разработки плана испытаний и проведения самих испытаний. Комплекс национальной безопасности Y12 в Оук-Ридже, штат Теннесси, обеспечивает сборку ядра реактора.«Космический ядерный реактор может стать источником энергии с высокой энергетической эффективностью, способный работать независимо от солнечной энергии и окружения, а также способный работать в чрезвычайно суровых условиях, таких как поверхность Марса», — отмечает Патрик МакКлюр, руководитель проекта Kilopower из Национальной лаборатории Лос-Аламоса.«Используемая нами реакторная технология может быть применима к нескольким миссиям NASA, и мы, в конечном счете, надеемся, что это первый шаг для таких ядерных реакторов, которые создают новую парадигму по-настоящему амбициозного и вдохновляющего исследования космоса», — добавил Дэвид Постон, глава Лос-Аламоса, по совместительству конструктор реактора. «Простота имеет важное значение для любого первого в своем роде инженерного проекта — не обязательно простейшего дизайна, но нахождение простейшего пути путем проектирования, разработки, изготовления, безопасности и тестирования».

Принцип работы реактора

В прототипной силовой установке используется сплошное реактивное ядро из урана-235, размером с бумажный рулон. Теплота реактора передается через пассивный тепловой контур из натриевых труб, причем эта теплота затем преобразуется в электричество высокоэффективными двигателями Стирлинга. Двигатель Стирлинга использует тепло для создания сил, перемещающих поршень, который соединен с генератором переменного тока для производства электроэнергии. Система аналогична в некоторых отношениях автомобильному двигателю.

Мейсон добавил, что не надо будет беспокоиться о проблемах, которые могут возникнуть во время долгих марсианских ночей или продолжительных пылевых бурь, которые исключают возможность вырабатывания солнечной энергии. «Он решает эти проблемы и обеспечивает постоянную подачу энергии независимо от того, где вы находитесь на Марсе. Энергия распада могла бы расширить количество возможных посадочных площадок на Марсе и включить в себя северные широты, где может присутствовать лед», — указывает он.

Р.И.Т.Э.Г.

В течение последних пяти десятилетий НАСА совершило несколько миссий, работающих на радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГ), например: на борту двух посадочных аппаратов Викинг Марс, Марсоходе «Curiosity» (с англ. «Любопытство»), работающем на Красной планете, экспедициях Аполлона на Луну, двух космических кораблях «Вояджер» и «Новые горизонты» на Плутоне и за его пределами, а также только что завершенной миссии Кассини на Сатурне. РИТЭГи производят электричество пассивно, без движущихся частей, используя тепло от естественного распада их радиоизотопного источника тепла.«Мы стремимся к тому, чтобы предоставить космической миссии возможности за пределами РИТЭГов, которые обычно обеспечивают пару сотен ватт или около того», — говорит Мейсон. «То, что нас отделяет от того, что мы сделали на Марсе, и то что нам еще предстоит сделать для человеческой миссии на этой планете — это энергия. Эта новая технология может обеспечить киловатт и, в конечном итоге, может быть развита, чтобы обеспечить сотни киловатт или даже мегаватт мощности. Мы называем это проектом Kilopower, потому что он дает нам свободу выбора энергетической мощности миссий, которые ранее были ограничены и были вынуждены использовать минимум энергии».

Новая технология энергосбережения также делает возможным модульный вариант реактора для миссии изучения Марса. Небольшие по размеру реакторы могут быть доставлены на один посадочный модуль на Марс. Они могут независимо работать в условиях полевых миссий или же могут быть интегрированы между собой в единую установку.По словам Дон Палака, менеджера проекта Kilopower, переход от наземных испытаний в полноценную космическую систему является достижимой целью.

Ведущий исследователь Марк Гибсон добавляет: «Предстоящие испытания в Неваде ответят на многие технические вопросы, чтобы доказать целесообразность этой технологии. Это макет в вакуумной среде — эксплуатация оборудования происходит в соответствующих условиях».

Заглядывая в будущее, Мейсон предполагает, что технология будет идеальной для развития целей лунного исследования. «Для технологии все равно — Луна это или Марс, этот способ получения энергии не зависит от окружающей среды и может функционировать где угодно».

Выводы

Новаторский реактор Kilopower представляет собой небольшой и простой подход для долговременной не зависящей от солнца электрической мощности для космических или внеземных исследований. Согласно информации от разработчиков, можно рассчитывать на длительный срок службы и надежность, такие технологии могут производить от одного до 10 киловатт электроэнергии непрерывно в течение 10 лет или более. Это даст возможность исключить вопрос об энергобезопасности в длительных исследовательских миссиях.