Как един малък ядрен реактор може да захрани колония на Марс или извън него

от Patrick McClure и David Poston

Илюстрация на художника на топлинни радиатори, подобни на чадър, на четири ядрени реактора Kilopower, които хвърлят сенки върху повърхността на Марсиан. Изображение: НАСА

Когато си представяме да изпращаме хора да живеят на Марс, Луната или други планетни тела в не толкова далечното бъдеще, първичен въпрос е: Как ще захранваме колонията им? Те не само ще се нуждаят от енергия, за да създадат обитаема среда, но и ще се нуждаят от нея, за да се върнат на Земята. За далечни планетни тела, като Марс, е неефективно да доставят гориво за пътуването у дома; просто е твърде тежък Това означава, че астронавтите се нуждаят от източник на енергия, за да направят течен кислород и гориво.

Но какъв източник на енергия е малък, но достатъчно мощен, за да захранва надеждно извънземно местообитание?

Влезте в Kilopower, малък ядрен реактор, проектиран в Националната лаборатория в Лос Аламос съвместно с НАСА, която агенцията се надява един ден да захрани колония на Марс, Луната или извън нея.

Блясъкът на Kilopower е неговата простота: С малко движещи се части, той използва технология за отопление на тръби, изобретена в Лос Аламос през 1963 г., за да захранва двигател на Stirling. Ето как работи: Затворената тръба в топлинната тръба циркулира течност около реактора, улавяйки топлината и я пренасяйки към двигателя на Стърлинг. Там топлинната енергия притиска газ, за ​​да задвижва бутало, свързано с двигател, който генерира електричество. Използването на двете устройства в тандем създава просто, надеждно електрическо захранване, което може да бъде адаптирано за космически приложения, включително мисии за изследване на хора и научни изследвания в космоса към външни планетарни тела като луните на Юпитер и Сатурн.

Kilopower реакторите варират от 1 киловат - достатъчно за мощност на тостер за домакински нужди - до 10 kW. За ефективно управление на местообитание на Марс и създаване на гориво ще са необходими около 40 кВт, така че НАСА вероятно ще изпрати четири до пет реактора на повърхността на планетата.

Предимствата на ядрената енергия са, че тя е лека и надеждна. Други източници на енергия или изискват твърде много гориво, което ги прави твърде тежки - или не могат да се разчитат през всички сезони. Слънчевата енергия например разчита на постоянна слънчева светлина. Това е нещо, което липсва на Марс, тъй като това зависи от времето на деня, годината, местоположението на повърхността на планетата и тежестта на прашните бури на планетата, които могат да продължат с месеци. Ядрената енергия работи независимо от времето или времето на деня. Също така, броят на необходимите слънчеви панели и батерии отново ще направи ракетата до Марс изключително тежка - изисква повече гориво.

Какво следва?

Експериментите за тестване на Kilopower - наречен KRUSTY (Kilopower Reactor using Stirling Technology) - започнаха в края на миналата година на сайта за национална сигурност в Невада (NNSS) и ще завършат с теста на ядрото на реакторно ядро ​​при пълна работна температура тази пролет. В допълнение към Лос Аламос, НАСА и NNSS, експериментът се провежда в сътрудничество с изследователския център на Глен на НАСА, Центъра за космически полети Маршал и комплекса за национална сигурност Y-12, заедно с изпълнителите на НАСА SunPower и Advanced Cooling Technologies.

Работата по тази технология не е нова. KRUSTY се основава на експеримент от 2012 г., проведен от екип от Лос Аламос, NNSS и Glenn, който демонстрира първото използване на топлинна тръба за охлаждане на малък ядрен реактор и захранване на двигател на Стърлинг. Тези нови експерименти се основават на знанията, получени от този експеримент.

С поглед към бъдещето потенциалът на ядрената енергия да засили плановете за дългосрочно местообитание на други планетарни тела е доста необикновен. Въпреки че захранването на колония е само един от многото сложни технически въпроси, на които трябва да се отговори, когато мислим за изпращане на хора на други планети, това е критично важен. Kilopower много добре може да бъде отговорът. Радваме се да видим къде ще ни отведе.

Патрик Макклур е ръководител на проекта Kilopower в Националната лаборатория на САЩ в Лос Аламос в Ню Мексико. Дейвид Постън е главен дизайнер на реактори, също в Лос Аламос.