אנרגיה גרעינית בחלל. דחפי האצה האטומית
הרעיון של שימוש באנרגיה גרעינית כדי להניע חלליות ולהשתמש בה בבסיסים או בהתנחלויות מחוץ לכדור הארץ בעתיד אינו חדש. לאחרונה, הם הגיעו לגל חדש, וככל שהם הופכים לתחום של יריבות כוח גדולה, היישום שלהם הופך לסביר יותר.
נאס"א ומשרד האנרגיה האמריקאי החלו בחיפושים בין חברות סוחרים פרויקטים של תחנות כוח גרעיניות על הירח ועל מאדים. זה אמור לתמוך במחקר ארוך טווח ואולי אפילו בפרויקטים של התיישבות. המטרה של נאס"א היא שיהיה מוכן לשיגור עד 2026. המפעל חייב להיות מפוברק לחלוטין ולהרכיב אותו על כדור הארץ ולאחר מכן לבדוק את הבטיחות.
אנתוני קלומינו, מנהל הטכנולוגיה הגרעינית של נאס"א במינהל טכנולוגיית החלל, אמר את זה התוכנית היא לפתח מערכת ביקוע גרעיני של XNUMX קילוואט שבסופו של דבר תשוגר ותמוקם על הירח. (אחד). זה חייב להיות משולב עם נחתת הירח והמאיץ ייקח אותו אליו מסלול ירח. מעמיס לאחר מכן העלה את המערכת אל פני השטח.
צפוי שעם ההגעה לאתר הוא יהיה מוכן מיד להפעלה, ללא צורך בהרכבה או בנייה נוספת. הפעולה מהווה הדגמה של האפשרויות ותהווה נקודת מוצא לשימוש בפתרון ובנגזרותיו.
"לאחר שהטכנולוגיה אומתה במהלך הדגמה, ניתן להגדיל מערכות עתידיות או להשתמש במספר מכשירים יחד למשימות ארוכות טווח לירח ואולי למאדים", הסביר קלומינו ב-CNBC. "ארבע יחידות, שכל אחת מהן מייצרת 10 קילוואט חשמל, יספקו מספיק כוח הקמת מוצב על הירח או על מאדים.
היכולת לייצר כמויות גדולות של חשמל על פני כוכבי הלכת באמצעות מערכת ביקוע קרקעית תאפשר מחקר בקנה מידה גדול, מאחזים אנושיים ושימוש במשאבים במקום, תוך אפשרות למסחור".
איך זה יעבוד תחנת כוח גרעינית? צורה מועשרת מעט דלק גרעיני כוח רצון ליבה גרעינית... קָטָן כור גרעיני הוא יפיק חום, שיועבר למערכת המרת החשמל. מערכת המרת האנרגיה תהיה מורכבת ממנועים המיועדים לפעול על חום הכור ולא על דלק דליק. מנועים אלה משתמשים בחום, ממירים אותו לחשמל, אשר מותנה ומופץ לציוד המשתמש על פני הירח ומאדים. שיטת פיזור החום חשובה לשמירה על טמפרטורת הפעולה התקינה של המכשירים.
כוח גרעיני נחשב כעת כאלטרנטיבה הסבירה היחידה שבה אנרגיה סולארית, כוח הרוח והידרו אינם זמינים בקלות. במאדים, למשל, עוצמת השמש משתנה מאוד עם עונות השנה, וסופות אבק תקופתיות יכולות להימשך חודשים.
על הירח ירח קר הלילה נמשך 14 ימים, כאשר אור השמש משתנה מאוד ליד הקטבים ונעדר מהמכתשים המוצלים באופן קבוע. בתנאים כל כך קשים, השגת אנרגיה מאור השמש היא קשה, ואספקת הדלק מוגבלת. אנרגיית ביקוע פני השטח מציעה פתרון קל, אמין ויעיל.
В отличие от כורים קרקעייםאין כוונה להסיר או להחליף את הדלק. בתום המשימה של 10 שנים, ישנה גם תוכנית לפירוק בטוח של המתקן. "בסוף חיי השירות שלה, המערכת תכבה ורמת הקרינה תרד בהדרגה לרמה בטוחה לגישה ולהפעלה של בני אדם", הסביר קלומינו. "ניתן להעביר מערכות פסולת למקום אחסון מרוחק בו הן לא יסכנו את הצוות או את הסביבה".
כור קטן, קל משקל, אך יעיל, בעל ביקוש גבוה
ככל שחקר החלל מתפתח, אנחנו כבר מסתדרים לא רע מערכות ייצור חשמל גרעיני בקנה מידה קטן. מערכות כאלה הניעו מזמן חלליות בלתי מאוישות שנודעות למקומות הרחוקים של מערכת השמש.
בשנת 2019, חללית ניו הוריזונס המונעת על ידי גרעיני טסה דרך העצם הרחוק ביותר שנראה אי פעם מטווח קרוב, Ultima Thule, הרבה מעבר לפלוטו באזור המכונה חגורת קויפר. הוא לא היה יכול לעשות את זה בלי כוח גרעיני. אנרגיית השמש אינה זמינה בעוצמה מספקת מחוץ למסלול של מאדים. מקורות כימיים אינם מחזיקים מעמד זמן רב מכיוון שצפיפות האנרגיה שלהם נמוכה מדי והמסה שלהם גדולה מדי.
משמש במשימות לטווח ארוך גנרטורים רדיותרמיים (RTG) משתמש באיזוטופ פלוטוניום 238Pu, שהוא אידיאלי להפקת חום קבוע מהתפרקות רדיואקטיבית טבעית על ידי פליטת חלקיקי אלפא, המומרים לאחר מכן לחשמל. זמן מחצית החיים שלו 88 שנים אומר שהוא ישרת משימה ארוכת טווח. עם זאת, RTGs לא יכולים לספק את הכוח הספציפי הגבוה הנדרש למשימות ארוכות, ספינות מסיביות יותר, שלא לדבר על בסיסים מחוץ לכדור הארץ.
פתרון, למשל, לנוכחות חקרנית ואולי להתנחלות במאדים או בירח יכול להיות תכנוני כורים קטנים שנאס"א בודקת כבר כמה שנים. מכשירים אלה ידועים בשם פרויקט אנרגיית ביקוע קילופאוור (2), מיועדים לספק כוח חשמלי מ-1 עד 10 קילוואט וניתן להגדיר אותם כמודולים מתואמים להנעת מערכות הנעה או לתמיכה במחקר, כרייה או מושבות על גופי חלל זרים.
כידוע, המסה חשובה בחלל. כוח הכור זה לא יעלה על המשקל של רכב ממוצע. כידוע, למשל, מתוכנית לאחרונה רקטות כבדות של SpaceX Falconשיגור מכונית לחלל אינו מהווה כרגע בעיה טכנית. לפיכך, ניתן להציב בקלות כורי אור במסלול סביב כדור הארץ ומחוצה לו.
2. אב טיפוס של XNUMX קילוואט KIlopower.
רקטה עם כור מעוררת תקוות ופחדים
מנהל נאס"א לשעבר ג'ים ברידנסטין הוא הדגיש פעמים רבות היתרונות של מנועים תרמיים גרעיניים, והוסיפו שכוח רב יותר במסלול עשוי לאפשר לכלי טיס במסלול להתחמק בהצלחה אם יותקפו על ידי נשק אנטי לווייני.
כורים במסלול הם יכולים גם להפעיל לייזרים צבאיים רבי עוצמה, וזה גם מעניין מאוד את הרשויות בארה"ב. עם זאת, לפני שמנוע רקטי גרעיני עושה את הטיסה הראשונה שלו, נאס"א חייבת לשנות את חוקיה לגבי הכנסת חומרים גרעיניים לחלל. אם זה נכון, אז לפי התוכנית של נאס"א, הטיסה הראשונה של מנוע גרעיני אמורה להתבצע ב-2024.
עם זאת, נראה שארה"ב מקפיצה את הפרויקטים הגרעיניים שלה, במיוחד לאחר שרוסיה הכריזה על תוכנית של עשור לבניית חללית אזרחית המונעת על ידי גרעין. פעם הם היו המנהיג הבלתי מעורער בטכנולוגיית החלל.
בשנות ה-60, היה בארצות הברית פרויקט של הטיל הגרעיני אוריון דופק, שהיה אמור להיות כל כך חזק שהוא יכול לאפשר להעביר ערים שלמות לחללואפילו לעשות טיסה מאוישת לאלפא קנטאורי. כל סדרות הפנטזיה האמריקאיות הישנות הללו נמצאות על המדף מאז שנות ה-70.
עם זאת, הגיע הזמן לנקות את האבק מהקונספט הישן. מנוע גרעיני בחללבעיקר בגלל שמתחרים, במקרה הזה בעיקר רוסיה, גילו לאחרונה עניין רב בטכנולוגיה הזו. רקטה תרמית גרעינית יכולה לקצר את זמן הטיסה למאדים בחצי, אולי אפילו למאה ימים, מה שאומר שאסטרונאוטים צורכים פחות משאבים ופחות עומס קרינה על הצוות. בנוסף, כפי שזה נראה, לא תהיה תלות כזו ב"חלונות", כלומר, התקרבות חוזרת ונשנית של מאדים לכדור הארץ מדי כמה שנים.
עם זאת, קיים סיכון, הכולל את העובדה שהכור המשולב יהווה מקור נוסף לקרינה במצב שבו החלל כבר נושא איום עצום מסוג זה. זה לא הכל. מנוע תרמי גרעיני לא ניתן לשגר אותו באטמוספירה של כדור הארץ מחשש להתפוצצות וזיהום אפשריים. לכן, רקטות רגילות מסופקות לשיגור. לכן, איננו מדלגים על השלב היקר ביותר הקשור בשיגור מסה למסלול מכדור הארץ.
פרויקט המחקר של נאס"א נקרא עצים (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) הוא דוגמה אחת למאמצים של נאס"א לחזור להנעה גרעינית. בשנת 2017, לפני שהיה דיבור על חזרה לטכנולוגיה, נאס"א העניקה ל-BWX Technologies חוזה לשלוש שנים של 19 מיליון דולר לפיתוח רכיבי הדלק והכורים הדרושים לבנייה. מנוע גרעיני. אחד מתפיסות ההנעה הגרעינית בחלל החדשים ביותר של נאס"א הוא כור ה-Swarm-Probe ATEG, SPEAR(3), אשר צפוי להשתמש במנחה כור קל משקל חדש ובגנרטורים תרמו-אלקטריים מתקדמים (ATEG) כדי להפחית באופן משמעותי מסת הליבה הכוללת.
זה ידרוש הורדת טמפרטורת הפעולה והורדת רמת ההספק הכוללת של הליבה. עם זאת, המסה המופחתת תדרוש פחות כוח הנעה, וכתוצאה מכך חללית חשמלית קטנה, זולה, המונעת על ידי גרעיני.
3. הדמיה של הגשושית שפותחה במסגרת פרויקט Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor.
אנטולי פרמינובכך הודיע ראש סוכנות החלל הפדרלית של רוסיה. תפתח חללית המונעת על ידי גרעיני למסעות בחלל עמוקים, מציע גישה מקורית משלה. התכנון המקדים הושלם עד 2013, ו-9 השנים הבאות מתוכננות לפיתוח. מערכת זו צריכה להיות שילוב של ייצור חשמל גרעיני עם מערכת הנעת יונים. גז חם ב-1500 מעלות צלזיוס מהכור אמור לסובב טורבינה שהופכת גנרטור שמייצר חשמל למנוע היונים.
לפי פרמינוב, הכונן יוכל לתמוך במשימה מאוישת למאדיםואסטרונאוטים יכולים להישאר על הכוכב האדום למשך 30 יום הודות לכוח גרעיני. בסך הכל, טיסה למאדים עם מנוע גרעיני ותאוצה מתמדת תימשך שישה שבועות במקום שמונה חודשים, בהנחה שדחף גדול פי 300 מזה של מנוע כימי.
עם זאת, לא הכל כל כך חלק בתוכנית הרוסית. באוגוסט 2019 התפוצץ כור בסרוב שברוסיה על חופי הים הלבן, שהיה חלק ממנוע רקטי בים הבלטי. דלק נוזלי. לא ידוע אם אסון זה קשור לתוכנית מחקר ההנעה הגרעינית הרוסית שתוארה לעיל.
עם זאת, ללא ספק, מרכיב של יריבות בין ארצות הברית ורוסיה, ואולי גם סין בשטח שימוש באנרגיה גרעינית בחלל נותן למחקר תנופת האצה חזקה.
