Ғарыштағы ядролық энергия. Атомдық үдеу импульстары

Атом энергиясын ғарыш аппараттарын жылжыту және оны болашақта жер бетіндегі базаларда немесе елді мекендерде пайдалану идеялары жаңа емес. Жақында олар жаңа толқынға келді және олар ұлы державалардың бәсекелестік өрісіне айналған сайын олардың жүзеге асу ықтималдығы арта түседі.

NASA мен АҚШ Энергетика министрлігі дилерлік компаниялар арасында іздеу жұмыстарын бастады Ай мен Марстағы атом электр станцияларының жобалары. Бұл ұзақ мерзімді зерттеулерге және, мүмкін, қоныстандыру жобаларына қолдау көрсетуі керек. NASA-ның мақсаты - оны 2026 жылға дейін ұшыруға дайын ету. Зауыт толығымен дайындалып, Жерде жиналуы керек, содан кейін қауіпсіздік үшін сынақтан өту керек.

Энтони Каломино, Бұл туралы NASA-ның Ғарыштық технологиялар басқармасының ядролық технологиялар жөніндегі директоры мәлімдеді Жоспар XNUMX киловатт ядролық ыдырау жүйесін әзірлеу болып табылады, ол ақырында ұшырылып, Айға орналастырылады. (1). Ол айға қону құрылғысымен біріктірілуі керек және күшейткіш оны апарады ай орбитасы. Жүк тиегіш содан кейін жүйені бетіне шығарыңыз.

Орынға келгеннен кейін ол қосымша құрастыруды немесе құрылысты қажет етпей, бірден пайдалануға дайын болады деп күтілуде. Операция мүмкіндіктерді көрсету болып табылады және шешім мен оның туындыларын пайдаланудың бастапқы нүктесі болады.

«Технология демонстрация кезінде расталғаннан кейін, болашақ жүйелерді кеңейтуге болады немесе бірнеше құрылғыларды Айға және мүмкін Марсқа ұзақ мерзімді миссиялар үшін бірге пайдалануға болады», - деп түсіндірді Каломино CNBC арнасында. «Әрқайсысы 10 киловатт электр қуатын өндіретін төрт блок электр қуатын қамтамасыз етеді. Айда немесе Марста форпост орнату.

Жер бетіндегі бөліну жүйесін пайдалана отырып, планеталардың бетінде үлкен көлемде электр энергиясын өндіру мүмкіндігі кең ауқымды зерттеулерге, адам форпосттарына және ресурстарды in situ пайдалануға мүмкіндік береді, сонымен бірге коммерцияландыру мүмкіндігіне мүмкіндік береді.

Бұл қалай жұмыс істейді атом электр станциясы? Аздап байытылған пішін ядролық отын ерік күші ядролық ядро... Кішкентай ядролық реактор ол энергияны түрлендіру жүйесіне берілетін жылу шығарады. Қуатты түрлендіру жүйесі жанғыш отынмен емес, реакторлық жылумен жұмыс істеуге арналған қозғалтқыштардан тұрады. Бұл қозғалтқыштар жылуды пайдаланады, оны электр энергиясына айналдырады, ол кондицияланады және Ай мен Марс бетіндегі пайдаланушы жабдықтарына таратылады. Құрылғылардың дұрыс жұмыс температурасын сақтау үшін жылуды бөлу әдісі маңызды.

Атомдық энергия қазір жалғыз ақылға қонымды балама ретінде қарастырылады күн энергиясы, жел және су энергетикасы оңай қол жетімді емес. Мысалы, Марста күннің күші жыл мезгілдеріне байланысты айтарлықтай өзгереді және мерзімді шаңды дауылдар бірнеше айға созылуы мүмкін.

Айда суық ай түн 14 күнге созылады, күн сәулесі полюстердің жанында айтарлықтай өзгереді және тұрақты көлеңкелі кратерлерде болмайды. Осындай қиын жағдайда күн сәулесінен энергия алу қиын, ал жанармай қоры шектеулі. Беттік бөліну энергиясы оңай, сенімді және тиімді шешімді ұсынады.

айырмашылығы жердегі реакторларотынды алып тастау немесе ауыстыру ниеті жоқ. 10 жылдық миссияның соңында нысанды қауіпсіз пайдаланудан шығару жоспары да бар. «Қызмет ету мерзімі аяқталғаннан кейін жүйе өшіріледі, ал радиация деңгейі адамның қол жеткізуі және жұмыс істеуі үшін қауіпсіз деңгейге дейін біртіндеп төмендейді», - деп түсіндірді Каломино. «Қалдық жүйелерін экипажға немесе қоршаған ортаға қауіп төндірмейтін қашықтағы сақтау орнына көшіруге болады».

Шағын, жеңіл, бірақ тиімді реактор, сұранысы жоғары

Ғарыштық зерттеулер дамыған сайын, біз қазірдің өзінде жақсы жұмыс істеп жатырмыз атом энергиясын өндіру жүйелері шағын масштабта. Мұндай жүйелерде ұзақ уақыт бойы күн жүйесінің алыс жерлеріне баратын ұшқышсыз ғарыш аппараттары бар.

2019 жылы ядролық қуатпен жұмыс істейтін «Жаңа көкжиектер» ғарыш кемесі Куипер белдеуі деп аталатын аймақтағы Плутоннан алыс қашықтықта бұрын-соңды бұрын-соңды болмаған ең алыс объект, Ultima Thule арқылы ұшып өтті. Ол ядролық энергиясыз мұны істей алмас еді. Күн энергиясы Марс орбитасынан тыс жеткілікті қуатта қол жетімді емес. Химиялық көздер ұзақ өмір сүрмейді, өйткені олардың энергия тығыздығы тым төмен және массасы тым үлкен.

Ұзақ қашықтықтағы миссияларда қолданылады радиотермиялық генераторлар (RTG) 238Pu плутоний изотопын пайдаланады, ол кейіннен электр энергиясына айналатын альфа бөлшектерін шығару арқылы табиғи радиоактивті ыдыраудан тұрақты жылу алу үшін өте қолайлы. Оның 88 жылдық жартылай шығарылу кезеңі оның ұзақ мерзімді миссиясын атқаратынын білдіреді. Дегенмен, RTGs ұзақ миссиялар үшін қажетті жоғары ерекше қуатты қамтамасыз ете алмайды, үлкенірек кемелер, жерүсті базаларды айтпағанда.

Мысалы, Марстағы немесе Айдағы барлау және мүмкін қоныстандыру үшін шешім NASA бірнеше жыл бойы сынап жатқан шағын реактор конструкциялары болуы мүмкін. Бұл құрылғылар ретінде белгілі Килоэлектрлік бөліну энергиясы жобасы (2), 1-ден 10 кВт-қа дейінгі электр қуатымен қамтамасыз етуге арналған және қуат қозғалтқыш жүйелеріне немесе бөтен ғарыш денелеріндегі зерттеулерді, тау-кен жұмыстарын немесе колонияларды қолдау үшін үйлестірілген модульдер ретінде конфигурациялануы мүмкін.

Өздеріңіз білетіндей, масса ғарышта маңызды. реактор қуаты ол орташа көліктің салмағынан аспауы керек. Біз білетіндей, мысалы, жақында болған шоудан SpaceX Falcon Heavy зымырандарығарышқа машинаны ұшыру қазіргі уақытта техникалық мәселе емес. Осылайша, жеңіл реакторларды Жердің айналасындағы орбитаға және одан тыс жерлерге оңай орналастыруға болады.

2. ХNUMX киловатт KIlopower реакторының прототипі.

Реакторы бар зымыран үміт пен қорқынышты арттырады

NASA-ның бұрынғы әкімшісі Джим Бриденстайн деп талай рет атап өтті ядролық жылу қозғалтқыштарының артықшылықтары, орбитада көбірек қуат спутникке қарсы қару шабуылы болған жағдайда орбиталық кемелерге сәтті қашып кетуге мүмкіндік беруі мүмкін екенін қосады.

Орбитадағы реакторлар олар сондай-ақ күшті әскери лазерлерді қуаттай алады, бұл АҚШ билігі үшін де үлкен қызығушылық тудырады. Дегенмен, ядролық зымыран қозғалтқышы алғашқы ұшуын жасамас бұрын, NASA ядролық материалдарды ғарышқа жіберу туралы заңдарын өзгертуі керек. Егер бұл рас болса, онда NASA жоспары бойынша ядролық қозғалтқыштың алғашқы ұшуы 2024 жылы болуы керек.

Дегенмен, АҚШ ядролық жобаларын, әсіресе, Ресей азаматтық ядролық ғарыш кемесін жасаудың онжылдық бағдарламасын жариялағаннан кейін тезірек қолға алған сияқты. Олар бір кездері ғарыштық технологияда сөзсіз көшбасшы болды.

60-жылдары Құрама Штаттарда «Орион» импульстік ядролық зымыранының жобасы болды, ол соншалықты қуатты болуы керек еді, ол мүмкіндік бере алады. бүкіл қалаларды ғарышқа жылжытутіпті Альфа Центавриге адам басқаратын рейс жасайды. Барлық сол ескі қиял-ғажайып американдық сериалдар 70-ші жылдардан бері сөреде болды.

Дегенмен, ескі ұғымның шаңын кетіретін кез келді. ғарыштағы ядролық қозғалтқышнегізінен бәсекелестер, бұл жағдайда негізінен Ресей, жақында осы технологияға үлкен қызығушылық танытқандықтан. Ядролық термиялық зымыран Марсқа ұшу уақытын екі есеге, тіпті XNUMX күнге дейін қысқартуы мүмкін, бұл астронавтар ресурстарды және экипажға аз радиациялық жүктемені жұмсайды дегенді білдіреді. Сонымен қатар, «терезеге» мұндай тәуелділік болмайды, яғни Марстың Жерге бірнеше жыл сайын жақындауы.

Дегенмен, ғарыш осындай сипаттағы үлкен қауіп төндіретін жағдайда борттық реактор радиацияның қосымша көзі болатынын қамтитын қауіп бар. Бұл бәрі емес. Ядролық жылу қозғалтқышы ықтимал жарылыс пен ластанудан қорқып, оны Жер атмосферасында ұшыру мүмкін емес. Сондықтан ұшыру үшін қалыпты зымырандар қарастырылған. Сондықтан біз Жерден орбитаға массаны шығарумен байланысты ең қымбат кезеңді өткізіп алмаймыз.

NASA зерттеу жобасы деп аталады ӨШҚЫШТАР (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) NASA-ның ядролық қозғалысқа қайта оралу әрекеттерінің бір мысалы болып табылады. 2017 жылы технологияға қайта оралу туралы әңгіме болмай тұрып, NASA BWX Technologies компаниясына құрылысқа қажетті отын компоненттері мен реакторларды әзірлеуге үш жылдық 19 миллион долларлық келісімшарт берді. ядролық қозғалтқыш. NASA-ның ең жаңа ғарыштық ядролық қозғалыс концепцияларының бірі - Swarm-Probe ATEG Reactor, SPEAR(3), ол ядроның жалпы массасын айтарлықтай азайту үшін жаңа жеңіл реактор модераторын және жетілдірілген термоэлектрлік генераторларды (ATEGs) пайдаланады деп күтілуде.

Бұл жұмыс температурасын төмендетуді және ядроның жалпы қуат деңгейін төмендетуді талап етеді. Дегенмен, азайтылған масса қозғалтқыш қуатын аз талап етеді, нәтижесінде шағын, арзан, ядролық электрлік ғарыш кемесі пайда болады.

3. Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor жобасы аясында әзірленген зондтың визуализациясы.

Анатолий ПерминовБұл туралы Ресейдің Федералдық ғарыш агенттігінің басшысы мәлімдеді. терең ғарышқа ұшу үшін ядролық қуатты ғарыш аппаратын әзірлейді, өзіндік, өзіндік көзқарасты ұсынады. Алдын ала жобалау 2013 жылға дейін аяқталды, ал келесі 9 жылға әзірлеу жоспарлануда. Бұл жүйе ядролық электр энергиясын өндірудің иондық қозғалтқыш жүйесімен үйлесуі болуы керек. Реактордан 1500 ° C температурада ыстық газ иондық қозғалтқыш үшін электр энергиясын өндіретін генераторды айналдыратын турбинаны айналдыруы керек.

Перминовтың айтуынша, жетек Марсқа адам басқаратын миссияны қолдауға қабілетті боладыал астронавтар ядролық энергияның арқасында Қызыл ғаламшарда 30 күн бола алды. Жалпы алғанда, Марсқа ядролық қозғалтқышпен және тұрақты жеделдетумен ұшу сегіз айдың орнына алты аптаға созылады, бұл химиялық қозғалтқыштың күшінен 300 есе көп.

Дегенмен, ресейлік бағдарламада бәрі соншалықты тегіс емес. 2019 жылдың тамызында Ресейдің Саров қаласында Балтық теңізіндегі зымыран қозғалтқышының бөлігі болған Ақ теңіз жағалауында реактор жарылды. сұйық отын. Бұл апаттың жоғарыда сипатталған Ресейдің ядролық қозғалтқышты зерттеу бағдарламасына қатысы бар-жоғы белгісіз.

Дегенмен, сөзсіз, Америка Құрама Штаттары мен Ресей, мүмкін Қытай арасындағы бәсекелестіктің элементі. ғарышта атом энергиясын пайдалану зерттеулерге күшті жеделдетуші серпін береді.