NASA představuje nový zdroj energie pro průzkum vesmíru

Štěpný reaktor Kilopower nabídne efektivnější a výkonnější přenosný zdroj energie pro průzkum sluneční soustavy.

Umělcova koncepce ukazuje štěpné reaktory Kilopower na povrchu Marsu.
NASA

NASA minulý týden oznámila nový styl jaderného generátoru, který se může v nadcházejících desetiletích stát stálým příslušenstvím pro lunární základny nebo vesmírné mise.

Spolehlivý zdroj energie je název hry při průzkumu sluneční soustavy. Zde mezi vnitřními planetami je dostatek energie, kterou je třeba mít ve formě slunečního záření. Tato síla však klesá o inverzní čtverec vzdálenosti od Slunce. Například mise NASA Juno v Jupiteru byla první kosmickou lodí, která se vydala za asteroidní pás pomocí sluneční energie, a k tomu potřebovala tři obrovské solární panely školní velikosti.

Typičtější je, že vstup do vnějšího solárního systému vyžaduje jadernou energii. Mise již dlouho používají termoelektrické generátory radioizotopů (RTG) - a současné modely multi-mise radioizotopových termoelektrických generátorů (MMRTG). Ty však využívají teplo z rozpadu plutonia 238, které je v omezeném množství a dodávají méně než 200 wattů elektřiny. To je dost, aby poháněl roving robota, ale sotva dost na kolonii.

S ohledem na budoucnost vyvíjí NASA Kilopower, malý štěpný reaktor, který je schopen generovat nepřetržitý výkon 10 kilowattů elektřiny po dobu minimálně 10 let - více než dost pro provoz několika průměrných amerických domácností.

"Chceme zdroj energie, který zvládne extrémní prostředí, " říká Lee Mason (NASA). „Kilopower otevírá celou plochu Marsu, včetně severních šířek, kde může zůstat voda.“ Přenosná jaderná energie by byla také ideální pro zkoumání trvale zastíněných polárních kráterů na Měsíci.

Detail jaderných Stirlingových motorů vyvíjených pro dlouhodobé zkoumání vesmíru.
Výzkumné středisko NASA / Glenn

Glenn Research Center NASA vyvinul prototyp kilowattu ve spolupráci s Los Alamos National Laboratory. Inženýři považovali projekt za proveditelný v roce 2012 a od té doby směřovali k demonstraci v plném rozsahu. Jádro uranového reaktoru bylo dodáno národním bezpečnostním komplexem Y12 a celá sestava prototypu byla dodána do národního bezpečnostního místa Nevada pro včasné testování koncem minulého roku. To vyvrcholí 28 hodinovou zkouškou plného výkonu na konci března.

Kilopower by také otevřel oblasti vnitřní sluneční soustavy pro dlouhodobé zkoumání. Například na Měsíci je noc dlouhá dva týdny. A na Marsu písečné bouře pravidelně pokrývají solární panely používané rovery jako Spirit a Opportunity. Z tohoto důvodu Curiosity používá plutonium-poháněl MMRTG, stejně jako Mars 2020 rover.

Nukes ve vesmíru

Uvedení jaderných generátorů do vesmíru není bez problémů. USA ztratily jednoho ze svých prvních generátorů vázaných na oběžné dráze, který krátce po vypuštění v roce 1964 vypálil nad Indickým oceánem. NASA také čelila neočekávanému dilematu, když se posádka Apolla 13 vrátila na Zemi pomocí jaderného balíčku Apollo Lunar Surface Experimental Package, který měl zůstat na Měsíci. Nakonec byl vybočen nad Marianas Trench v Tichém oceánu, spolu s akvarijním lunárním modulem Aquarius.

Testy však ukazují, že Kilopower nepředstavuje hrozbu. Průměrný Američan dostává asi 620 milirémů ročně kumulativní z záření pozadí; pokud by byl kilopower reaktor ztracen a jádro porušeno během startu, maximální dávka z expozice neštěpenému uranu by byla menší než milirem a pravděpodobně by byla v rozsahu mikroremů, podle Pat McClure (Los Alamos National Laboratory) ).

Předchozí uvedení na trh zahrnující plutonium včetně New Horizons, Curiosity a Cassini přitáhlo na Floridské vesmírné pobřeží rozptyl protestujících. Zejména Cassini vzbudila určité obavy, protože také provedla další přelet Země na Saturn.

Kilopower vs. MMRTG

Kilopower vyrábí energii z štěpení uranu, což je změna oproti plutoniu 238 používanému MMRTG. Silně regulované plutonium-238 je v současné době nedostatek, protože americké ministerstvo energetiky teprve nedávno restartovalo výrobní potrubí pro průzkum vesmíru.

Reaktory Kilopower využívají Stirlingovy motory, které stlačují a rozšiřují tekutinu (v tomto případě tekutý kov), aby přeměňovaly teplo ze štěpení uranu na mechanickou energii. Tato energie pak může vést generátor a vyrábět elektřinu. NASA odložila podobnou technologii Stirling během štíhlých fiskálních časů roku 2013, ale nyní je zpět na stole. Stirlingovy motory jsou nejméně čtyřikrát účinnější než tradiční MMRTG.

Plánované budoucí mise mohou zahrnovat technologii Kilopower, včetně navrhovaných oběžných drah pro ledové giganty, Uran a Neptun, a jaderného robota, který prozkoumá Titan. Hluboká vesmírná brána NASA může také nakonec použít Kilopower pro své operace na povrchu Měsíce. Možná bude nový jaderný věk ve sféře průzkumu vesmíru.