Ядреният реактор за застава на Марс може да е готов да лети до 2022 г.

Художник

Илюстрация на художника за система за разделяне на енергия на повърхността на Марс, използваща четири 10-киловатни единици. (Изображение кредит: НАСА)



Нов тип ядрен реактор, предназначен за захранване на аванпости на екипажа на Луната и Марс, може да бъде готов за първото си изпитание в космоса само след няколко години, казаха членовете на екипа на проекта.

Полетният тест е следващата голяма стъпка за експерименталния реактор на делене на Kilopower, който премина през поредица от критични наземни тестове от ноември 2017 г. до март 2018 г. Все още няма демонстрации извън Земята, но Kilopower трябва да бъде готов до 2022 г. или така, ако е необходимо, каза Патрик МакКлур, ръководител на проекта Kilopower в Националната лаборатория на Министерството на енергетиката (DOE) в Лос Аламос в Ню Мексико.

„Мисля, че можем да направим това за три години и да сме готови за полет“, каза МакКлур в края на миналия месец по време на презентация пред работната група за бъдещи космически операции на НАСА.



„Мисля, че три години са много изпълним период от време“, добави той, подчертавайки, че това е неговото мнение, а не непременно това на НАСА, която разработва проекта Kilopower заедно с DOE.

Свързани: Вижте следващото поколение ядрена енергия за мисии на Марс (видео)

Различен вид ядрена енергия в космоса

Ядрената енергия захранва космически кораби от десетилетия. Сондите на НАСА „Вояджър 1“ и „Вояджър 2“, космическият кораб „Нови хоризонти“ и марсоходът „Кюриосити Марс“, заедно с много други роботизирани изследователи, използват радиоизотопни термоелектрически генератори (РТГ), които преобразуват топлината, изхвърлена от радиоактивното разпадане на плутоний-238 в електричество.



Изходната мощност от RTG е относително ниска. Този, използван от Curiosity и предстоящия роувър на NASA Mars 2020, например, генерира около 110 вата електричество в началото на мисия. (Този резултат намалява бавно с течение на времето.)

ДА СЕ застава на Марс ще има значително по -високи енергийни нужди от това: около 40 киловата непрекъснато налична електрическа мощност (40 kWe), дори за малката изследователска станция, която НАСА предвижда да създаде до края на 2030 -те години, каза МакКлур. В крайна сметка пионерите ще се нуждаят от електричество, за да пречистят водата си, да генерират кислород от доминирания въглероден диоксид Марсианска атмосфера , зареждат техните роувъри, отопляват местообитанията им и така нататък.

Следователно човешкото изследване на Марс ще изисква различна стратегия за производство на енергия. И тук идва Kilopower.



Подобно на атомните електроцентрали, проектирани да останат на Земята, Kilopower е a реактор за делене . Той преобразува топлината, генерирана чрез разделяне на атоми, в електричество, чрез устройства, наречени двигатели на Стърлинг. (За разлика от това, атомните електроцентрали обикновено използват тази топлина за създаване на пара, която се превръща в турбина.)

В поредицата от наземни тестове, която приключи през март 2018 г., която беше известна като KRUSTY (реактор с мощност на километър, използващ технологията на Стърлинг), реакторът преобразува 30% от топлината на делене в електричество, каза McClure. Тази ефективност е по -малка от тази на RTG, които преобразуват около 7% от наличната топлина.

„Това беше изключително успешен тест“, каза МакКлур.

Проектът Kilopower официално стартира през 2015 г., но неговите архитекти доказаха основната концепция още през 2012 г., чрез експеримент, наречен Демонстрация с използване на плоски деления (DUFF). И да, любителите на „Симпсън“, хората от Kilopower са ваши хора: DUFF и KRUSTY са препратки към емблематичното анимационно телевизионно шоу. Членът на екипа на проекта Дейв Постон е голям фен, каза МакКлур. (За непосветените, Дъф е бирата, предпочитана от Омир Симпсън, а изроденият, избягващ данъците разбойник Клоунът Кръсти води детско телевизионно предаване във вселената „Симпсън“.)

Свързани: Мисията на НАСА за човешкия Марс ще изисква живот извън сушата

Отивате на Марс?

Както подсказва името му, реакторът Kilopower е проектиран да генерира поне 1 киловат електрическа мощност (1 kWe). Неговата мощност е мащабируема до около 10 kWe и може да работи около 15 години, каза McClure.

Така че четири мащабни реактора Kilopower биха могли да задоволят енергийните нужди на изследователите на НАСА, като пети реактор вероятно ще кацне, за да осигури резерв. Тези устройства са по -малки, отколкото си мислите. Цялата машина с мощност 10 kWe ще бъде висока само 11 фута (3,4 метра), а реакторният компонент ще бъде с размерите на метална кофа за боклук от старо училище. Само ядрото на реактора, без никакво екраниране, ще бъде приблизително толкова голямо, колкото ролка хартиени кърпи, каза МакКлур.

И все пак тези парчета са тежки. С екранирането целият реактор с мощност 10 kWe вероятно ще тежи около 4400 паунда. (2000 килограма). Част от тази маса може да бъде намалена, ако реакторът е заровен и следователно не се нуждае от толкова голяма защита на астронавтите, каза МакКлур. (Без екраниране, 10-kWe реакторът ще тежи около 3300 паунда или 1500 кг.)

Реакторите Kilopower ще бъдат доста безопасни, подчерта той. Устройствата няма да бъдат включени, докато не достигнат дълбокото пространство, така че няма да има заплаха от опасно излагане на радиация, дори ако ракетите на реакторите се разбият обратно на Земята. (Между другото, завъртането на превключвателя не винаги се случва на повърхността на Луната или Марс; реакторът Kilopower е достатъчно гъвкав, за да бъде включен в сонда за дълбоко космос без много модификации, което значително подпомага електрическо задвижване , Каза МакКлур.)

В допълнение, Kilopower се саморегулира, каза McClure. Ако реакторът стане твърде горещ, неговите двигатели на Стърлинг отнемат повече топлина от урановата сърцевина. И ако температурата спадне твърде много, ядрото естествено се свива, улавяйки повече неутрони и причинявайки повече сблъсъци, разцепващи атома.

Между другото, четворка от работещи реактори може да даде истинска ваканция на аванпоста на Марс. Тези устройства ще трябва да изхвърлят много „допълнителна“ топлина във въздуха на Червената планета; ефективността на преобразуване от 30% означава, че 70% от топлината на делене остава в края на краищата. Така че те ще бъдат оборудвани с радиатори. Изтъкнат дизайн предвижда широки, кръгли радиатори в горната част на реакторите, придавайки им вид на плажен чадър.

Очаквайте скоро?

Екипът на Kilopower започна разследване на възможни демонстрационни мисии малко след приключването на KRUSTY, каза МакКлур.

„Първото нещо, което ни хвърли, беше потенциален лунен кацач, затова разгледахме каква би била потенциалната лунна система“, каза той.

Тази концептуална мисия вероятно няма да свърши с летене, добави МакКлур; той е насочен към северния полюс на Луната, докато вниманието на НАСА за изследване с екипаж сега е съсредоточено върху южния полюс на Луната. (Агенцията има за цел да кацне астронавти в южния полярен регион до 2024 г., като част от Програма Артемида .) Но екипът би приветствал космическата мисия, ако НАСА наистина я задейства, каза МакКлур.

'Ние сме развълнувани', каза той. „Очакваме с нетърпение да направим нещо ново, след това.“

Kilopower е първата наистина нова концепция за реактор на делене, разработена в САЩ през последните 40 години, добави той. Постигането му в космоса със сигурност би било крайъгълен камък, но проектът нямаше да бъде изцяло нова земя.

В крайна сметка реакторите на делене са напуснали Земята. САЩ пуснаха на орбита един реактор на борда на експерименталния спътник SNAP-10A през април 1965 г. (Неизправността на електрически компонент изключи този реактор само след 43 дни.) И Съветският съюз пусна повече от 30 реактора за делене на борда на спътници от 1967 до края на 80 -те години.

Книгата на Майк Уол за търсенето на извънземен живот “ Навън “(Grand Central Publishing, 2018; илюстрирано от Карл Тейт ), е излязъл сега. Следвайте го в Twitter @michaeldwall . Следвайте ни в Twitter @Spacedotcom или Facebook .