Kosmosda nüvə enerjisi. Atom sürətlənmə impulsları

Kosmik gəmiləri hərəkətə gətirmək və gələcək yerüstü bazalarda və ya yaşayış məntəqələrində istifadə etmək üçün nüvə enerjisindən istifadə ideyası yeni deyil. Bu yaxınlarda onlar yeni dalğada gəliblər və böyük güclərin rəqabət meydanına çevrildikcə onların həyata keçirilməsi ehtimalı artır.

NASA və ABŞ Energetika Nazirliyi diler şirkətləri arasında axtarışa başlayıb Ay və Marsda atom elektrik stansiyalarının layihələri. Bu, uzunmüddətli tədqiqatlara və bəlkə də hətta məskunlaşma layihələrini dəstəkləməlidir. NASA-nın məqsədi onu 2026-cı ilə qədər kosmosa hazır vəziyyətə gətirməkdir. Zavod tamamilə hazırlanmalı və Yerdə yığılmalı və sonra təhlükəsizlik üçün sınaqdan keçirilməlidir.

Entoni Kalomino, NASA-nın Kosmik Texnologiyalar İdarəsinin nüvə texnologiyaları üzrə direktoru deyib Plan, nəhayət işə salınacaq və Aya yerləşdiriləcək XNUMX kilovatlıq nüvə parçalanma sistemini inkişaf etdirməkdir. (bir). O, Ayın eniş qurğusu ilə birləşdirilməlidir və gücləndirici onu aparacaq ay orbiti. Yükləyici sonra sistemi səthə çıxarın.

Sahəyə çatdıqdan sonra əlavə montaj və ya tikintiyə ehtiyac olmadan dərhal istismara hazır olacağı gözlənilir. Əməliyyat imkanların nümayişidir və məhluldan və onun törəmələrindən istifadə üçün başlanğıc nöqtəsi olacaqdır.

"Texnologiya nümayiş zamanı təsdiq edildikdən sonra gələcək sistemlər böyüdülə bilər və ya bir neçə cihaz Aya və ola bilsin ki, Marsa uzunmüddətli missiyalar üçün birlikdə istifadə edilə bilər" dedi Calomino CNBC-də. “Hər biri 10 kilovat elektrik enerjisi istehsal edən dörd aqreqat elektrik enerjisi ilə təmin edəcək. Ayda və ya Marsda forpost qurmaq.

Yer əsaslı parçalanma sistemindən istifadə edərək planetlərin səthində böyük miqdarda elektrik enerjisi istehsal etmək qabiliyyəti geniş miqyaslı tədqiqatlara, insan forpostlarına və in situ resurslarından istifadəyə imkan yaradacaq, eyni zamanda kommersiyalaşdırılmasına imkan verəcək”.

Necə işləyəcək nüvə elektrik stansiyası? Bir az zənginləşdirilmiş forma nüvə yanacağı iradə nüvə nüvəsi... Kiçik nüvə reaktoru enerjiyə çevrilmə sisteminə ötürüləcək istilik yaradacaq. Gücün çevrilmə sistemi yanan yanacaqla deyil, reaktorun istiliyində işləmək üçün nəzərdə tutulmuş mühərriklərdən ibarət olacaq. Bu mühərriklər istilikdən istifadə edir, onu elektrik enerjisinə çevirir və bu, Ay və Marsın səthindəki istifadəçi avadanlığına kondisiyalaşdırılaraq paylanır. İstiliyin yayılması üsulu cihazların düzgün işləmə temperaturunu saxlamaq üçün vacibdir.

Nüvə enerjisi indi yeganə ağlabatan alternativ kimi qəbul edilir günəş enerjisi, külək və su enerjisi asanlıqla əldə olunmur. Məsələn, Marsda günəşin gücü fəsillərə görə çox dəyişir və dövri toz fırtınaları aylarla davam edə bilər.

Ayda soyuq ay gecə 14 gün davam edir, günəş işığı qütblərin yaxınlığında çox dəyişir və daimi kölgədə olan kraterlərdə yoxdur. Belə çətin şəraitdə günəş işığından enerji əldə etmək çətindir və yanacaq ehtiyatları məhduddur. Səthin parçalanma enerjisi asan, etibarlı və səmərəli həll təklif edir.

Fərqli yer reaktorlarıyanacağın çıxarılması və ya dəyişdirilməsi niyyəti yoxdur. 10 illik missiyanın sonunda obyektin təhlükəsiz istismardan çıxarılması planı da var. "Xidmət müddətinin sonunda sistem söndürüləcək və radiasiya səviyyəsi tədricən insanların girişi və işləməsi üçün təhlükəsiz səviyyəyə enəcək" dedi Calomino. "Tullantı sistemləri ekipaj və ya ətraf mühit üçün təhlükə yaratmayacaqları uzaq bir anbar yerinə köçürülə bilər."

Kiçik, yüngül, lakin səmərəli reaktor, yüksək tələbat var

Kosmosun tədqiqi inkişaf etdikcə, biz artıq kifayət qədər yaxşı işləyirik nüvə enerjisi istehsal sistemləri kiçik miqyasda. Bu cür sistemlər uzun müddətdir ki, günəş sisteminin uzaq nöqtələrinə səyahət edən pilotsuz kosmik gəmilərə malikdir.

2019-cu ildə nüvə enerjisi ilə işləyən New Horizons kosmik gəmisi Kuiper qurşağı kimi tanınan bölgədə Plutondan çox-çox kənarda, yaxın məsafədə indiyə qədər görülən ən uzaq obyekt Ultima Thule vasitəsilə uçdu. O, nüvə enerjisi olmadan bunu edə bilməzdi. Günəş enerjisi Marsın orbitindən kənarda kifayət qədər gücdə mövcud deyil. Kimyəvi mənbələr enerji sıxlığı çox aşağı və kütləsi çox böyük olduğuna görə uzun ömür sürmür.

Uzun məsafəli missiyalarda istifadə olunur radiotermal generatorlar (RTG) alfa hissəcikləri buraxaraq təbii radioaktiv parçalanmadan daimi istilik yaratmaq üçün ideal olan plutonium 238Pu izotopundan istifadə edir və sonra elektrik enerjisinə çevrilir. Onun 88 illik yarım ömrü uzunmüddətli bir missiyaya xidmət edəcəyi deməkdir. Bununla belə, RTG-lər uzun missiyalar, daha kütləvi gəmilər üçün tələb olunan yüksək spesifik gücü təmin edə bilməz, ya da yerüstü bazaları qeyd etməmək.

Məsələn, bir kəşfiyyat varlığı və bəlkə də Marsda və ya Ayda məskunlaşma üçün həll yolu NASA-nın bir neçə ildir sınaqdan keçirdiyi kiçik reaktor dizaynları ola bilər. Bu cihazlar kimi tanınır Kilopower parçalanma enerjisi layihəsi (2), 1-dən 10 kVt-a qədər elektrik enerjisi təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur və güc ötürücü sistemlər üçün əlaqələndirilmiş modullar kimi konfiqurasiya edilə bilər və ya yad kosmik cisimlərdə tədqiqat, mədən və ya koloniyaları dəstəkləmək üçün konfiqurasiya edilə bilər.

Bildiyiniz kimi, kosmosda kütlə vacibdir. reaktor gücü orta avtomobilin çəkisindən artıq olmamalıdır. Bildiyimiz kimi, məsələn, son bir şoudan SpaceX Falcon Heavy raketləriavtomobilin kosmosa buraxılması hazırda texniki problem deyil. Beləliklə, yüngül reaktorlar asanlıqla Yer ətrafında və ondan kənarda orbitə yerləşdirilə bilər.

2. XNUMX kilovat KIlopower reaktor prototipi.

Reaktoru olan raket ümidləri və qorxuları artırır

NASA-nın keçmiş administratoru Jim Bridenstine dəfələrlə vurğulamışdı nüvə istilik mühərriklərinin üstünlükləri, əlavə etdi ki, orbitdə daha çox güc potensial olaraq orbitdəki gəmilərə peyk əleyhinə silahlarla hücum edilərsə, müvəffəqiyyətlə qaçmağa imkan verə bilər.

Orbitdəki reaktorlar onlar həmçinin güclü hərbi lazerləri gücləndirə bilərdilər ki, bu da ABŞ hakimiyyətinin böyük marağına səbəb olur. Bununla belə, nüvə raket mühərriki ilk uçuşunu etməzdən əvvəl NASA nüvə materiallarının kosmosa çıxarılması ilə bağlı qanunlarını dəyişməlidir. Əgər bu doğrudursa, o zaman NASA-nın planına görə, nüvə mühərrikinin ilk uçuşu 2024-cü ildə baş tutmalıdır.

Bununla belə, görünür, ABŞ, xüsusən də Rusiya nüvə enerjisi ilə işləyən mülki kosmik gəmi yaratmaq üçün onillik proqram elan etdikdən sonra nüvə layihələrinə sürətlə start verir. Onlar bir vaxtlar kosmik texnologiyada şəksiz lider idilər.

60-cı illərdə ABŞ-ın "Orion" impulslu nüvə raketi layihəsi var idi, o, o qədər güclü olmalı idi ki, o, imkan verə bilərdi. bütün şəhərləri kosmosa köçürürvə hətta Alpha Centauri-yə insanlı uçuş həyata keçirin. Bütün o köhnə fantaziya amerikan serialları 70-ci illərdən bəri rəfdədir.

Bununla belə, köhnə konsepsiyanın tozunu təmizləmək vaxtıdır. kosmosda nüvə mühərrikiəsasən ona görə ki, rəqiblər, bu halda əsasən Rusiya, son vaxtlar bu texnologiyaya böyük maraq göstəriblər. Nüvə termal raketi Marsa uçuş müddətini yarıya, bəlkə də yüz günə qədər azalda bilər ki, bu da astronavtların daha az resurs və ekipajda daha az radiasiya yükü istehlak etməsi deməkdir. Bundan əlavə, göründüyü kimi, “pəncərələrdən”, yəni Marsın bir neçə ildən bir Yerə dəfələrlə yaxınlaşmasından belə asılılıq olmayacaq.

Bununla belə, kosmosun bu xarakterli böyük təhlükəni daşıdığı bir vəziyyətdə bort reaktorunun əlavə radiasiya mənbəyi olması faktını ehtiva edən bir risk var. Bu hamısı deyil. Nüvə istilik mühərriki mümkün partlayış və çirklənmə qorxusu ilə Yer atmosferinə buraxıla bilməz. Buna görə normal raketlər buraxılış üçün nəzərdə tutulub. Buna görə də biz Yerdən orbitə kütlənin çıxarılması ilə bağlı ən bahalı mərhələni qaçırmırıq.

NASA tədqiqat layihəsi çağırıb TREES (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) NASA-nın nüvə hərəkətinə qayıtmaq səylərinin bir nümunəsidir. 2017-ci ildə, texnologiyaya qayıdış haqqında hər hansı bir söhbət başlamazdan əvvəl, NASA BWX Technologies-ə tikinti üçün lazım olan yanacaq komponentlərinin və reaktorların hazırlanması üçün üç illik 19 milyon dollarlıq müqavilə verdi. nüvə mühərriki. NASA-nın ən yeni kosmik nüvə hərəkəti konseptlərindən biri, nüvənin ümumi kütləsini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq üçün yeni yüngülçəkili reaktor moderatoru və təkmil termoelektrik generatorlardan (ATEG) istifadə edəcəyi gözlənilən Swarm-Probe ATEG Reactor, SPEAR(3)-dir.

Bu, işləmə temperaturunun aşağı salınmasını və nüvənin ümumi güc səviyyəsinin aşağı salınmasını tələb edəcəkdir. Bununla belə, azaldılmış kütlə daha az hərəkət gücü tələb edəcək və nəticədə kiçik, ucuz, nüvə enerjisi ilə işləyən elektrik kosmik gəmisi yaranacaq.

3. Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor layihəsi çərçivəsində hazırlanmış zondun vizuallaşdırılması.

Anatoli PerminovBu barədə Rusiya Federal Kosmik Agentliyinin rəhbəri məlumat verib. dərin kosmosa səyahət üçün nüvə enerjisi ilə işləyən kosmik gəmi hazırlayacaq, öz orijinal yanaşmasını təklif edir. İlkin layihələndirmə 2013-cü ilə qədər başa çatdırılıb və növbəti 9 il üçün inkişaf planlaşdırılır. Bu sistem nüvə enerjisi istehsalının ion hərəkət sistemi ilə birləşməsindən ibarət olmalıdır. Reaktordan 1500°C-də isti qaz ion mühərriki üçün elektrik enerjisi yaradan generatoru çevirən turbinə çevrilməlidir.

Perminovun sözlərinə görə, sürücü Marsa insanlı missiyanı dəstəkləyə biləcəkastronavtlar isə nüvə enerjisi sayəsində Qırmızı Planetdə 30 gün qala bildilər. Ümumilikdə, nüvə mühərriki və sabit sürətləndirilməsi ilə Marsa uçuş, kimyəvi mühərrikdən 300 dəfə daha böyük bir itələmə qüvvəsini fərz etsək, səkkiz ay əvəzinə altı həftə çəkərdi.

Ancaq rus proqramında hər şey o qədər də hamar deyil. 2019-cu ilin avqustunda Rusiyanın Sarov şəhərində, Baltik dənizində raket mühərrikinin bir hissəsi olan Ağ dəniz sahillərində reaktor partladı. maye yanacaq. Bu fəlakətin yuxarıda təsvir edilən Rusiya nüvə hərəkəti tədqiqat proqramı ilə bağlı olub-olmadığı məlum deyil.

Şübhəsiz ki, ABŞ və Rusiya və bəlkə də yerdə Çin arasında rəqabət elementi kosmosda nüvə enerjisindən istifadə tədqiqatlara güclü sürətləndirici təkan verir.