Nishati ya nyuklia katika nafasi. Misukumo ya kuongeza kasi ya atomiki

Mawazo ya kutumia nishati ya nyuklia kusukuma vyombo vya angani na kuitumia katika besi au makazi ya baadaye ya anga si mapya. Hivi karibuni, wamekuja katika wimbi jipya, na wanapokuwa uwanja wa ushindani mkubwa wa nguvu, utekelezaji wao unawezekana zaidi.

NASA na Idara ya Nishati ya Marekani ilianza utafutaji kati ya makampuni ya wafanyabiashara miradi ya vinu vya nyuklia kwenye Mwezi na Mirihi. Hii inapaswa kusaidia utafiti wa muda mrefu na labda hata miradi ya makazi. Lengo la NASA ni kuwa tayari kuzinduliwa ifikapo 2026. Kiwanda lazima kitengenezwe kabisa na kukusanywa Duniani na kisha kupimwa kwa usalama.

Anthony Calomino, mkurugenzi wa NASA wa teknolojia ya nyuklia katika Utawala wa Teknolojia ya Anga, alisema hayo Mpango huo ni kutengeneza mfumo wa nyuklia wa kilowati XNUMX ambao hatimaye utazinduliwa na kuwekwa kwenye Mwezi. (moja). Lazima iunganishwe na mpangaji wa mwezi na nyongeza itachukua mzunguko wa mwezi. Kipakiaji kisha kuleta mfumo kwa uso.

Inatarajiwa kwamba wakati wa kuwasili kwenye tovuti itakuwa tayari mara moja kwa uendeshaji, bila ya haja ya mkusanyiko wa ziada au ujenzi. Operesheni hiyo ni onyesho la uwezekano na itakuwa mwanzo wa kutumia suluhisho na derivatives yake.

"Pindi teknolojia imethibitishwa wakati wa maonyesho, mifumo ya siku zijazo inaweza kuongezwa au vifaa vingi vinaweza kutumika pamoja kwa misheni ya muda mrefu ya Mwezi na ikiwezekana Mihiri," Calomino alieleza kwenye CNBC. "Sehemu nne, ambazo kila moja inazalisha kilowati 10 za umeme, zitatoa nguvu ya kutosha kuanzisha kituo cha nje kwenye Mwezi au Mirihi.

Uwezo wa kuzalisha kiasi kikubwa cha umeme juu ya uso wa sayari kwa kutumia mfumo wa fission msingi wa ardhi utawezesha utafiti mkubwa, maeneo ya nje ya binadamu, na matumizi ya rasilimali katika situ, huku kuruhusu uwezekano wa biashara.

Itafanyaje kazi kiwanda cha nguvu za nyuklia? Fomu iliyoboreshwa kidogo mafuta ya nyuklia mapenzi ya nguvu kiini cha nyuklia... Ndogo kinu cha nyuklia itazalisha joto, ambalo litahamishiwa kwenye mfumo wa kubadilisha nguvu. Mfumo wa kubadilisha nishati utajumuisha injini zilizoundwa ili kukimbia kwenye joto la reactor badala ya mafuta yanayoweza kuwaka. Injini hizi hutumia joto, huibadilisha kuwa umeme, ambayo imewekwa na kusambazwa kwa vifaa vya mtumiaji kwenye uso wa Mwezi na Mirihi. Njia ya uharibifu wa joto ni muhimu ili kudumisha joto sahihi la uendeshaji wa vifaa.

Nguvu za nyuklia sasa inachukuliwa kuwa njia pekee inayofaa ambapo nguvu ya jua, upepo na umeme wa maji hazipatikani kwa urahisi. Kwenye Mirihi, kwa mfano, nguvu za jua hutofautiana sana kulingana na misimu, na dhoruba za vumbi za mara kwa mara zinaweza kudumu kwa miezi.

Juu ya mwezi baridi ya mwezi usiku huchukua siku 14, na mwanga wa jua unatofautiana sana karibu na nguzo na haupo kwenye mashimo yenye kivuli cha kudumu. Katika hali hiyo ngumu, kupata nishati kutoka kwa jua ni vigumu, na usambazaji wa mafuta ni mdogo. Nishati ya fission ya uso hutoa suluhisho rahisi, la kuaminika na la ufanisi.

Tofauti mitambo ya ardhinihakuna nia ya kuondoa au kubadilisha mafuta. Mwishoni mwa misheni ya miaka 10, kuna pia mpango wa uondoaji salama wa kituo. "Mwishoni mwa maisha yake ya huduma, mfumo utazimwa na kiwango cha mionzi kitapungua hatua kwa hatua hadi kiwango ambacho ni salama kwa upatikanaji na uendeshaji wa binadamu," Calomino alielezea. "Mifumo ya taka inaweza kuhamishiwa kwenye eneo la uhifadhi wa mbali ambapo haitahatarisha wafanyakazi au mazingira."

Reactor ndogo, nyepesi, lakini yenye ufanisi, katika mahitaji makubwa

Kadiri uchunguzi wa anga unavyokua, tayari tunafanya vyema mifumo ya kuzalisha nishati ya nyuklia kwa kiwango kidogo. Mifumo hiyo kwa muda mrefu imekuwa ikiendesha vyombo vya anga vya juu visivyo na rubani ambavyo husafiri hadi sehemu za mbali za mfumo wa jua.

Mnamo mwaka wa 2019, chombo cha anga cha New Horizons chenye nguvu ya nyuklia kiliruka kupitia kitu cha mbali zaidi kuwahi kuonekana kwa karibu, Ultima Thule, mbali zaidi ya Pluto katika eneo linalojulikana kama Kuiper Belt. Hangeweza kufanya hivyo bila nguvu za nyuklia. Nishati ya jua haipatikani kwa nguvu ya kutosha nje ya mzunguko wa Mirihi. Vyanzo vya kemikali havidumu kwa muda mrefu kwa sababu msongamano wao wa nishati ni mdogo sana na wingi wao ni mkubwa sana.

Inatumika kwa misheni ya masafa marefu jenereta za radiothermal (RTG) hutumia isotopu ya plutonium 238Pu, ambayo ni bora kwa kuzalisha joto la kudumu kutoka kwa uozo wa asili wa mionzi kwa kutoa chembe za alpha, ambazo hubadilishwa kuwa umeme. Nusu ya maisha yake ya miaka 88 inamaanisha itatumikia misheni ya muda mrefu. Hata hivyo, RTGs haziwezi kutoa nguvu mahususi ya juu inayohitajika kwa misheni ndefu, meli kubwa zaidi, bila kutaja besi za nje.

Suluhisho, kwa mfano, kwa uwepo wa uchunguzi na ikiwezekana makazi kwenye Mirihi au Mwezi inaweza kuwa miundo midogo ya kinu ambayo NASA imekuwa ikiijaribu kwa miaka kadhaa. Vifaa hivi vinajulikana kama Mradi wa nishati ya Kilopower fission (2), zimeundwa kusambaza nguvu za umeme kutoka kW 1 hadi 10 na zinaweza kusanidiwa kama moduli zilizoratibiwa kwa mifumo ya kusukuma umeme au kusaidia utafiti, uchimbaji madini au makoloni kwenye vyombo ngeni vya anga.

Kama unavyojua, misa ni muhimu katika nafasi. nguvu ya kinu haipaswi kuzidi uzito wa gari la wastani. Kama tunavyojua, kwa mfano, kutoka kwa onyesho la hivi karibuni SpaceX Falcon Roketi Nzitokuzindua gari angani kwa sasa si tatizo la kiufundi. Kwa hivyo, vinu vya mwanga vinaweza kuwekwa kwa urahisi kwenye obiti kuzunguka Dunia na kwingineko.

2. Mfano wa kinu cha Kilopower cha kilowati XNUMX.

Roketi yenye kinu huinua matumaini na hofu

Msimamizi wa zamani wa NASA Jim Bridenstine alisisitiza mara nyingi faida za injini za mafuta ya nyuklia, akiongeza kuwa nguvu zaidi katika obiti inaweza kuruhusu chombo kinachozunguka kukwepa kwa ufanisi ikiwa ikishambuliwa na silaha za kupambana na satelaiti.

Reactor katika obiti wanaweza pia kuwasha leza za kijeshi zenye nguvu, jambo ambalo pia lina manufaa makubwa kwa mamlaka za Marekani. Walakini, kabla ya injini ya roketi ya nyuklia kufanya safari yake ya kwanza, NASA lazima ibadilishe sheria zake kuhusu kupata nyenzo za nyuklia angani. Ikiwa hii ni kweli, basi, kulingana na mpango wa NASA, safari ya kwanza ya injini ya nyuklia inapaswa kufanyika mnamo 2024.

Hata hivyo, Marekani inaonekana kuharakisha miradi yake ya nyuklia, hasa baada ya Urusi kutangaza mpango wa muongo mmoja wa kuunda chombo cha anga cha kiraia kinachotumia nguvu za nyuklia. Hawa zamani walikuwa kiongozi asiye na shaka katika teknolojia ya anga.

Katika miaka ya 60, Marekani ilikuwa na mradi wa kombora la nyuklia la Orion pulse-pulse, ambalo lilipaswa kuwa na nguvu sana kwamba lingeweza kuruhusu. kuhamisha miji yote kwenye nafasina hata kufanya safari ya ndege ya mtu hadi Alpha Centauri. Misururu hiyo yote ya zamani ya njozi ya Kimarekani imekuwa kwenye rafu tangu miaka ya 70.

Walakini, ni wakati wa kufuta dhana ya zamani. injini ya nyuklia anganihasa kwa sababu washindani, katika kesi hii hasa Urusi, hivi karibuni wameonyesha maslahi makubwa katika teknolojia hii. Roketi ya mafuta ya nyuklia inaweza kupunguza muda wa kuruka kwa Mars kwa nusu, labda hata siku mia moja, ambayo ina maana kwamba wanaanga hutumia rasilimali chache na mzigo mdogo wa mionzi kwa wafanyakazi. Kwa kuongezea, kama inavyoonekana, hakutakuwa na utegemezi kama huo kwa "madirisha", ambayo ni, njia nyingi za Mirihi kwenda Duniani kila baada ya miaka michache.

Hata hivyo, kuna hatari, ambayo ni pamoja na ukweli kwamba reactor onboard itakuwa chanzo cha ziada cha mionzi katika hali ambapo nafasi tayari hubeba tishio kubwa la asili hii. Hiyo sio yote. Injini ya mafuta ya nyuklia haiwezi kuzinduliwa katika angahewa ya Dunia kwa hofu ya kutokea kwa mlipuko na uchafuzi. Kwa hiyo, roketi za kawaida hutolewa kwa uzinduzi. Kwa hivyo, haturuki hatua ya gharama kubwa zaidi inayohusishwa na uzinduzi wa misa kwenye obiti kutoka kwa Dunia.

Mradi wa utafiti wa NASA unaoitwa MITI (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) ni mfano mmoja wa juhudi za NASA kurejea kwenye urushaji wa nyuklia. Mnamo mwaka wa 2017, kabla ya kuwa na mazungumzo yoyote ya kurudi kwa teknolojia, NASA ilikabidhi BWX Technologies kandarasi ya miaka mitatu ya $ 19 milioni ili kuunda vipengee vya mafuta na vinu vinavyohitajika kwa ujenzi. injini ya nyuklia. Mojawapo ya dhana mpya zaidi za NASA za kuongeza kasi ya nyuklia ni Swarm-Probe ATEG Reactor, SPEAR(3), ambayo inatarajiwa kutumia kidhibiti kipya chepesi chepesi na jenereta za hali ya juu za thermoelectric (ATEGs) ili kupunguza kwa kiasi kikubwa wingi wa msingi kwa ujumla.

Hii itahitaji kupunguza joto la uendeshaji na kupunguza kiwango cha jumla cha nguvu ya msingi. Hata hivyo, wingi uliopunguzwa ungehitaji nguvu ndogo ya kusukuma, na hivyo kusababisha chombo kidogo, cha bei nafuu, kinachotumia nishati ya nyuklia.

3. Taswira ya uchunguzi uliotengenezwa ndani ya mfumo wa mradi wa Uwezeshaji wa ATEG Reactor wa Swarm-Probe.

Anatoly PerminovHii ilitangazwa na mkuu wa Shirika la Shirikisho la Nafasi la Urusi. itatengeneza chombo cha angani cha nyuklia kwa ajili ya safari za anga za juu, ikitoa mbinu yake, asilia. Muundo wa awali ulikamilishwa na 2013, na miaka 9 ijayo imepangwa kwa maendeleo. Mfumo huu unapaswa kuwa mchanganyiko wa uzalishaji wa nishati ya nyuklia na mfumo wa ion propulsion. Gesi ya moto ifikapo 1500 ° C kutoka kwa reactor inapaswa kugeuza turbine inayogeuza jenereta ambayo hutoa umeme kwa injini ya ioni.

Kulingana na Perminov, kiendeshi kitaweza kusaidia misheni ya watu kwenda Mirihina wanaanga wanaweza kukaa kwenye Sayari Nyekundu kwa siku 30 kutokana na nishati ya nyuklia. Kwa jumla, safari ya kuelekea Mirihi yenye injini ya nyuklia na kuongeza kasi ya mara kwa mara ingechukua wiki sita badala ya miezi minane, ikichukua msukumo mara 300 zaidi ya ule wa injini ya kemikali.

Walakini, sio kila kitu ni laini sana katika mpango wa Kirusi. Mnamo Agosti 2019, kinu ililipuka huko Sarov, Urusi kwenye mwambao wa Bahari Nyeupe, ambayo ilikuwa sehemu ya injini ya roketi kwenye Bahari ya Baltic. mafuta ya kioevu. Haijulikani ikiwa maafa haya yanahusiana na mpango wa utafiti wa nyuklia wa Urusi uliofafanuliwa hapo juu.

Bila shaka, hata hivyo, kipengele cha ushindani kati ya Marekani na Urusi, na pengine China juu ya ardhi. matumizi ya nishati ya nyuklia angani inatoa utafiti msukumo mkubwa wa kuongeza kasi.