Як NASA створило портативний ядерний реактор

Напевно, ні для кого не секрет, що бажання людини бути самостійною та незалежною включає в себе й енергетичну автономність. І ось зараз NASA представило одну зі своїх розробок в енергетичній сфері.

Хоча її використання й відноситься виключно до області космосу, але можна припустити, що коли-небудь у майбутньому буде й версія для цивільних. Мова зараз йде про проект NASA, який покликаний забезпечити можливість функціонування колоній і поселень на інших планетах, а саме: про портативний ядерний реактор. Але цим використання цього проекту не обмежується. Офіційні представники Національного управління з аеронавтики й дослідженню космічного простору та Департаменту енергетики США на прес-конференції у Лас-Вегасі докладно розповіли про розвиток системи ядерного ділення в рамках проекту Kilopower NASA.

Зміст

1. Цілі проекту Kilopower 
2. Учасники проекту
3. Принцип роботи реактора
4. Р.І.Т.Е.Г.
5. Висновки

Цілі проекту Kilopower

НАСА займається розробкою та дослідженням проекту Kilopower, щоб задовольнити очікувані майбутні потреби Землі у планетарній енергетиці. Мета проекту Kilopower полягає в демонстрації технології енергетичних систем ядерного ділення, що дозволяє виконувати місії на борту кораблів і на планетарних об’єктах. Передбачається, що реактор буде використовуватися в пілотованій місії на Марс.

Він дозволить  облаштувати місце існування й забезпечить на місці безперебійну роботу технологічного обладнання для перетворення ресурсів Червоної планети в кисень, воду й паливо.

Управління місії космічної техніки Агентства (STMD) надало багаторічне фінансування проекту Kilopower. Роботи стартували в листопаді 2017 і триватимуть орієнтовно до квітня 2018, коли НАСА у співпраці з Департаментом національної безпеки штату Невада (DOE) проведе оцінку ефективності та безпеки використання технології.

Учасники проекту

«Програма випробувань Kilopower перевірить, чи готова ця технологія до використання її у рамках космічних польотів. Ми перевіримо усе на аналітичній моделі, і з’ясуємо, наскільки добре працює обладнання», – пояснив Лі Мейсон, головний технолог STMD з енергетики та збереженню потужності у штаб-квартирі НАСА.

Мейсон зазначає, що інфраструктура та експертиза DOE/National Nuclear Security Administration грають важливу роль у ланцюжку випробувань, а також важливі таланти інженерів Національної лабораторії Лос-Аламоса в Нью-Мексико. Дослідницький центр NASA Glenn Research Center у Клівленді управляє усіма етапами проекту Kilopower, починаючи від проектування і складання устаткування, за участю Центру космічних польотів NASA «Маршалл» у Хантсвіллі, штат Алабама, шляхом розробки плану випробувань і проведення самих випробувань. Комплекс національної безпеки Y12 в Оук-Рідж, штат Теннессі, забезпечує складання ядра реактора.
«Космічний ядерний реактор може стати джерелом енергії із високою енергетичною ефективністю, здатний працювати незалежно від сонячної енергії та оточення, а також здатний працювати в надзвичайно суворих умовах, таких як поверхня Марса», – зазначає Патрік МакКлюр, керівник проекту Kilopower із Національної лабораторії Лос Аламоса.
«Використовувана нами реакторна технологія може бути застосована до кількох місій NASA, і ми, у кінцевому підсумку, сподіваємося, що це перший крок для таких ядерних реакторів, які створюють нову парадигму по-справжньому амбітного й надихаючого дослідження космосу», – додав Девід Постон, глава Лос-Аламоса, за сумісництвом конструктор реактора. «Простота має важливе значення для будь-якого першого у воєму роді інженерного проекту – не обов’язково найпростішого дизайну, але знаходження найпростішого рішення шляхом проектування, розробки, виготовлення, безпеки й тестування».

Принцип роботи реактора

У прототипній силовій установці використовується суцільне реактивне ядро ​​з урану-235, розміром із паперовий рулон. Теплота реактора передається через пасивний тепловий контур із натрієвих труб, причому ця теплота потім перетворюється в електрику високоефективними двигунами Стірлінга. Двигун Стірлінга використовує тепло для створення сил, які переміщують поршень, який з’єднаний із генератором змінного струму для виробництва електроенергії. Система аналогічна в деяких відносинах автомобільному двигунові.

Мейсон додав, що не треба буде турбуватися про проблеми, які можуть виникнути під час довгих марсіанських ночей або тривалих пилових бур, які виключають ризик розвитку сонячної енергії. «Він вирішує ці проблеми й забезпечує постійну подачу енергії незалежно від того, де ви знаходитесь на Марсі. Енергія розпаду могла б розширити кількість можливих посадочних майданчиків на Марсі і включити в себе північні широти, де може бути присутнім лід», – вказує він.

Р.І.Т.Е.Г.

Протягом останніх п’яти десятиліть НАСА вчинила кілька місій, що працюють на радіоізотопних термоелектричних генераторах (РІТЕГ), наприклад: на борту двох посадкових апаратів Вікінг Марс, марсоході «Curiosity» (з англ. «Цікавість»), що працює на Червоній планеті, експедиціях Аполлона на Місяць, двох космічних кораблях «Вояджер» і «Нові горизонти» на Плутоні та за його межами, а також щойно завершеної місії Кассіні на Сатурні. РІТЕГ виробляють електрику пасивно, без рухомих частин, використовуючи тепло від природного розпаду їх радіоізотопного джерела тепла.
«Ми прагнемо до того, щоб надати космічній місії можливості за межами РІТЕГ, які зазвичай забезпечують пару сотень ват або близько того», – говорить Мейсон. «Те, що нас відділяє від того, що ми зробили на Марсі, і те що нам ще належить зробити для людської місії на цій планеті – це енергія. Ця нова технологія може забезпечити кіловат і, кінець кінцем, може бути розвинена, щоб забезпечити сотні кіловат або навіть мегават потужності. Ми називаємо це проектом Kilopower, тому що він дає нам свободу вибору енергетичної потужності місій, які раніше були обмежені і були змушені використовувати мінімум енергії».

Нова технологія енергозбереження також уможливлює модульний варіант реактора для місії вивчення Марса. Невеликі за розміром реактори можуть бути доставлені на один посадковий модуль на Марс. Вони можуть незалежно працювати в умовах польових місій або ж можуть бути інтегровані між собою в єдину установку.За словами Дон Палака, менеджера проекту Kilopower, перехід від наземних випробувань у повноцінну космічну систему є досяжною метою.

Провідний дослідник Марк Гібсон додає: «Майбутні випробування в Неваді дадуть відповідь на багато технічних питань, щоб довести доцільність цієї технології. Це макет у вакуумному середовищі – експлуатація обладнання відбувається у відповідних умовах».

Заглядаючи в майбутнє, Мейсон передбачає, що технологія буде ідеальною для розвитку цілей місячного дослідження. «Для технології усе одно – Місяць це або Марс, цей спосіб отримання енергії не залежить від навколишнього середовища і може функціонувати де завгодно».

Висновки

Новаторський реактор Kilopower являє собою невеликий і простий підхід для довготривалої не залежної від сонця електричної потужності для космічних або позаземних досліджень. Згідно з інформацією від розробників, можна розраховувати на тривалий термін служби та надійність, такі технології можуть виробляти від одного до 10 кіловат електроенергії безперервно протягом 10 років або більше. Це дасть можливість виключити питання про енергетичну безпеку у тривалих дослідницьких місіях.