Energjia bërthamore në hapësirë. Impulset e nxitimit atomik

Ideja e përdorimit të energjisë bërthamore për të shtyrë anijen kozmike dhe për ta përdorur atë në bazat ose vendbanimet e ardhshme jashtëtokësore nuk është e re. Kohët e fundit, ato kanë ardhur në një valë të re dhe ndërsa bëhen një fushë e rivalitetit të fuqive të mëdha, zbatimi i tyre bëhet më i mundshëm.

NASA dhe Departamenti Amerikan i Energjisë filluan një kërkim midis kompanive të tregtimit projektet e termocentraleve bërthamore në Hënë dhe Mars. Kjo duhet të mbështesë kërkimin afatgjatë dhe ndoshta edhe projektet e vendbanimeve. Qëllimi i NASA-s është ta ketë atë gati për nisje deri në vitin 2026. Fabrika duhet të fabrikohet dhe montohet plotësisht në Tokë dhe më pas të testohet për siguri.

Anthony Calomino, drejtori i teknologjisë bërthamore i NASA-s në Administratën e Teknologjisë Hapësinore, tha se Plani është që të zhvillohet një sistem i ndarjes bërthamore XNUMX kilovat, i cili përfundimisht do të lëshohet dhe do të vendoset në Hënë. (një). Ai duhet të integrohet me tokëzuesin hënor dhe përforcuesi do ta çojë atë orbita e hënës. Ngarkues pastaj nxirrni sistemin në sipërfaqe.

Pritet që me të mbërritur në vendngjarje të jetë menjëherë gati për funksionim, pa pasur nevojë për montim apo ndërtim shtesë. Operacioni është një demonstrim i mundësive dhe do të jetë pika fillestare për përdorimin e zgjidhjes dhe derivateve të saj.

“Pasi teknologjia të jetë vërtetuar gjatë një demonstrimi, sistemet e ardhshme mund të rriten ose pajisje të shumta mund të përdoren së bashku për misione afatgjata në Hënë dhe ndoshta në Mars,” shpjegoi Calomino në CNBC. “Katër njësi, secila prej të cilave prodhon 10 kilovat energji elektrike, do të ofrojnë fuqi të mjaftueshme për të duke vendosur një post në Hënë ose Mars.

Aftësia për të gjeneruar sasi të mëdha të energjisë elektrike në sipërfaqen e planetëve duke përdorur një sistem të ndarjes me bazë tokësore do të mundësojë kërkime në shkallë të gjerë, poste njerëzore dhe përdorim të burimeve në vend, duke lejuar njëkohësisht mundësinë e komercializimit.

Si do të funksionojë Centrali bërthamor? Formë pak e pasuruar karburantit bërthamor vullnet bërthama bërthamore... I vogël reaktor bërthamor do të gjenerojë nxehtësi, e cila do të transferohet në sistemin e konvertimit të energjisë. Sistemi i konvertimit të fuqisë do të përbëhet nga motorë të krijuar për të punuar me nxehtësinë e reaktorit dhe jo me karburant të djegshëm. Këta motorë përdorin nxehtësinë, e shndërrojnë atë në energji elektrike, e cila kushtëzohet dhe shpërndahet në pajisjet e përdoruesve në sipërfaqen e Hënës dhe Marsit. Metoda e shpërndarjes së nxehtësisë është e rëndësishme për të ruajtur temperaturën e duhur të funksionimit të pajisjeve.

Energjia bërthamore tani konsiderohet si alternativa e vetme e arsyeshme ku energji diellore, erës dhe hidroenergjisë nuk janë lehtësisht të disponueshme. Në Mars, për shembull, fuqia e diellit ndryshon shumë me stinët, dhe stuhitë periodike të pluhurit mund të zgjasin me muaj.

Në Hënë hënor i ftohtë nata zgjat 14 ditë, me rrezet e diellit që ndryshojnë shumë pranë poleve dhe mungojnë nga krateret me hije të përhershme. Në kushte të tilla të vështira, marrja e energjisë nga rrezet e diellit është e vështirë dhe furnizimet me karburant janë të kufizuara. Energjia e ndarjes sipërfaqësore ofron një zgjidhje të lehtë, të besueshme dhe efikase.

Ndryshe nga reaktorët tokësorënuk ka asnjë qëllim për të hequr ose zëvendësuar karburantin. Në përfundim të misionit 10-vjeçar, ka edhe një plan për çmontimin e sigurt të objektit. "Në fund të jetës së tij të shërbimit, sistemi do të fiket dhe niveli i rrezatimit do të ulet gradualisht në një nivel që është i sigurt për aksesin dhe funksionimin e njerëzve," shpjegoi Calomino. "Sistemet e mbetjeve mund të zhvendosen në një vend magazinimi të largët ku nuk do të rrezikojnë ekuipazhin ose mjedisin."

Reaktor i vogël, i lehtë, por efikas, me kërkesë të lartë

Ndërsa eksplorimi i hapësirës zhvillohet, ne tashmë po ecim mjaft mirë sistemet e prodhimit të energjisë bërthamore në një shkallë të vogël. Sisteme të tilla kanë fuqizuar prej kohësh anije kozmike pa pilot që udhëtojnë në skajet e largëta të sistemit diellor.

Në vitin 2019, anija kozmike New Horizons me energji bërthamore fluturoi përmes objektit më të largët të parë ndonjëherë nga afër, Ultima Thule, shumë përtej Plutonit në një rajon të njohur si brezi Kuiper. Ai nuk mund ta bënte atë pa energjinë bërthamore. Energjia diellore nuk disponohet me forcë të mjaftueshme jashtë orbitës së Marsit. Burimet kimike nuk zgjasin shumë sepse dendësia e tyre e energjisë është shumë e ulët dhe masa e tyre është shumë e madhe.

Përdoret në misione me rreze të gjatë gjeneratorë radiotermikë (RTG) përdor izotopin e plutoniumit 238Pu, i cili është ideal për gjenerimin e nxehtësisë së përhershme nga zbërthimi radioaktiv natyror duke emetuar grimca alfa, të cilat më pas shndërrohen në energji elektrike. Gjysma e jetës 88-vjeçare do të thotë se do të shërbejë për një mision afatgjatë. Megjithatë, RTG-të nuk mund të ofrojnë fuqinë e lartë specifike të kërkuar për misione të gjata, anije më masive, për të mos përmendur bazat jashtëtokësore.

Një zgjidhje, për shembull, për një prani eksploruese dhe ndoshta një vendbanim në Mars ose në Hënë mund të jenë dizajnet e reaktorëve të vegjël që NASA i ka testuar prej disa vitesh. Këto pajisje njihen si Projekti i energjisë së zbërthimit të kilofuqive (2), janë projektuar për të furnizuar energji elektrike nga 1 deri në 10 kW dhe mund të konfigurohen si module të koordinuara për të fuqizuar sistemet shtytëse ose për të mbështetur kërkimin, minierat ose kolonitë në trupat hapësinorë të huaj.

Siç e dini, masa ka rëndësi në hapësirë. fuqia e reaktorit nuk duhet të kalojë peshën e një automjeti mesatar. Siç e dimë, për shembull, nga një shfaqje e fundit Raketat e SpaceX Falcon HeavyLëshimi i një makine në hapësirë ​​nuk është aktualisht një problem teknik. Kështu, reaktorët e dritës mund të vendosen lehtësisht në orbitë rreth Tokës dhe më gjerë.

2. Prototip i reaktorit XNUMX kilovat KIlopower.

Raketa me reaktor ngjall shpresa dhe frikë

Ish-administrator i NASA-s Jim Bridenstine theksoi ai shumë herë Përparësitë e motorëve termikë bërthamorë, duke shtuar se më shumë fuqi në orbitë mund të lejojë potencialisht anijen orbitale të shmangë me sukses në rast të një sulmi me armë anti-satelitore.

Reaktorët në orbitë ata gjithashtu mund të fuqizojnë lazer të fuqishëm ushtarakë, gjë që është gjithashtu me interes të madh për autoritetet amerikane. Megjithatë, përpara se një motor rakete bërthamore të bëjë fluturimin e tij të parë, NASA duhet të ndryshojë ligjet e saj për dërgimin e materialeve bërthamore në hapësirë. Nëse kjo është e vërtetë, atëherë, sipas planit të NASA-s, fluturimi i parë i një motori bërthamor duhet të bëhet në vitin 2024.

Megjithatë, SHBA-ja duket se po i kapërcen projektet e saj bërthamore, veçanërisht pasi Rusia njoftoi një program dhjetëvjeçar për të ndërtuar një anije kozmike civile me energji bërthamore. Ata dikur ishin liderët e padiskutueshëm në teknologjinë hapësinore.

Në vitet '60, Shtetet e Bashkuara kishin një projekt për raketën bërthamore me impuls Orion, e cila supozohej të ishte aq e fuqishme sa mund të lejonte duke lëvizur qytete të tëra në hapësirëdhe madje të bëjë një fluturim me pilot për në Alpha Centauri. Të gjitha ato seriale të vjetra fantazi amerikane kanë qenë në raft që nga vitet '70.

Megjithatë, është koha për të hequr pluhurin nga koncepti i vjetër. motori bërthamor në hapësirëkryesisht për shkak se konkurrentët, në këtë rast kryesisht Rusia, kohët e fundit kanë shfaqur interes të madh për këtë teknologji. Një raketë termike bërthamore mund të përgjysmojë kohën e fluturimit në Mars, ndoshta edhe në njëqind ditë, që do të thotë se astronautët konsumojnë më pak burime dhe më pak ngarkesë rrezatimi në ekuipazh. Përveç kësaj, siç duket, nuk do të ketë një varësi të tillë nga "dritaret", domethënë afrimi i përsëritur i Marsit në Tokë çdo disa vjet.

Megjithatë, ekziston një rrezik, i cili përfshin faktin që reaktori në bord do të ishte një burim shtesë rrezatimi në një situatë ku hapësira tashmë mbart një kërcënim të madh të kësaj natyre. Kjo nuk është e gjitha. Motor termik bërthamor nuk mund të lëshohet në atmosferën e Tokës nga frika e një shpërthimi dhe kontaminimi të mundshëm. Prandaj, raketat normale sigurohen për lëshim. Prandaj, ne nuk e anashkalojmë fazën më të kushtueshme që lidhet me lëshimin e masës në orbitë nga Toka.

Projekti kërkimor i NASA-s i thirrur PEMT (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) është një shembull i përpjekjeve të NASA-s për t'iu rikthyer shtytjes bërthamore. Në vitin 2017, përpara se të flitej për një rikthim në teknologji, NASA i dha BWX Technologies një kontratë trevjeçare, 19 milionë dollarë për të zhvilluar komponentët e karburantit dhe reaktorët e nevojshëm për ndërtim. motori bërthamor. Një nga konceptet më të reja të shtytjes bërthamore hapësinore të NASA-s është reaktori ATEG Swarm-Probe, SPEAR(3), i cili pritet të përdorë një moderator të ri të reaktorit të lehtë dhe gjeneratorë termoelektrikë të avancuar (ATEG) për të reduktuar ndjeshëm masën e përgjithshme të bërthamës.

Kjo do të kërkojë uljen e temperaturës së funksionimit dhe uljen e nivelit të përgjithshëm të fuqisë së bërthamës. Megjithatë, masa e reduktuar do të kërkojë më pak fuqi shtytëse, duke rezultuar në një anije kozmike elektrike të vogël, të lirë, me energji bërthamore.

3. Vizualizimi i sondës e zhvilluar në kuadër të projektit Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor.

Anatoli PerminovKëtë e ka bërë të ditur kreu i Agjencisë Federale të Hapësirës së Rusisë. do të zhvillojë një anije kozmike me energji bërthamore për udhëtime të thella në hapësirë, duke ofruar qasjen e vet origjinale. Projekti paraprak përfundoi në vitin 2013 dhe planifikohet zhvillimi i 9 viteve të ardhshme. Ky sistem duhet të jetë një kombinim i prodhimit të energjisë bërthamore me një sistem shtytës jonik. Gazi i nxehtë në 1500°C nga reaktori duhet të kthejë një turbinë që kthen një gjenerator që gjeneron energji elektrike për motorin jonik.

Sipas Perminov, makina do të jetë në gjendje të mbështesë një mision të drejtuar në Marsdhe astronautët mund të qëndronin në Planetin e Kuq për 30 ditë falë energjisë bërthamore. Në total, një fluturim drejt Marsit me një motor bërthamor dhe përshpejtim të vazhdueshëm do të zgjaste gjashtë javë në vend të tetë muajve, duke supozuar një shtytje 300 herë më të madhe se ajo e një motori kimik.

Sidoqoftë, jo gjithçka është aq e qetë në programin rus. Në gusht 2019, një reaktor shpërtheu në Sarov, Rusi në brigjet e Detit të Bardhë, i cili ishte pjesë e një motori rakete në Detin Baltik. karburant i lëngshëm. Nuk dihet nëse kjo fatkeqësi është e lidhur me programin rus të kërkimit të shtytjes bërthamore të përshkruar më sipër.

Megjithatë, pa dyshim, një element i rivalitetit midis Shteteve të Bashkuara dhe Rusisë, dhe ndoshta Kinës në terren përdorimi i energjisë bërthamore në hapësirë i jep kërkimit një shtysë të fortë përshpejtuese.