Energia nucleare in u spaziu. Impulsi di accelerazione atomica

L'idea di utilizà l'energia nucleare per propulsà a nave spaziale è l'utilizanu in future basi extraterrestri o insediamenti ùn hè micca nova. Ricertamenti, sò ghjunti in una nova onda, è cum'è diventanu un campu di grande rivalità di putenza, a so implementazione diventa più prubabile.

A NASA è u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti anu iniziatu una ricerca trà e cumpagnie di distributori prughjetti di centrali nucleari nantu à a Luna è Mars. Questu deve sustene a ricerca à longu andà è forse ancu i prughjetti di stabilimentu. L'obiettivu di a NASA hè di avè prontu per u lanciu da u 2026. A pianta deve esse cumpletamente fabbricata è assemblata nantu à a Terra è dopu pruvata per a sicurità.

Anthony Calomino, u direttore di a tecnulugia nucleare di a NASA in l'Amministrazione di a Tecnulugia Spaziale, hà dettu chì U pianu hè di sviluppà un sistema di fissione nucleare di XNUMX kilowatt chì eventualmente serà lanciatu è postu nantu à a luna. (unu). Si deve esse integrata cù u lander lunar è u booster hà da piglià à orbita lunare. Loader poi purtà u sistema à a superficia.

Hè previstu chì à l'arrivu in u situ serà immediatamente pronta per u funziunamentu, senza bisognu di assemblea o custruzzione supplementari. L'operazione hè una dimostrazione di e pussibulità è serà u puntu di partenza per aduprà a suluzione è i so derivati.

"Una volta chì a tecnulugia hè stata validata durante una dimostrazione, i sistemi futuri ponu esse scalati o parechji dispositi ponu esse aduprati inseme per missioni à longu andà à a Luna è possibbilmente à Marte", hà spiegatu Calomino nantu à CNBC. "Quattru unità, ognuna di e quali pruduce 10 kilowatts d'electricità, furnisceranu abbastanza putenza per stabilisce un avanzatu nantu à a Luna o Marte.

A capacità di generà grandi quantità di elettricità nantu à a superficia di i pianeti utilizendu un sistema di fissione in terra permetterà a ricerca à grande scala, l'avamposti umani, è l'usu di risorse in situ, mentre permette a pussibilità di cummercializazione ".

Cumu hà da travaglià centrale nucleare? Forma ligeramente arricchita carburante nucleare forza di vuluntà core nucleari... Picculu reattore nucleare hà da generà calore, chì serà trasferitu à u sistema di cunversione di energia. U sistema di cunversione di l'energia serà custituitu di mutori pensati per funziunà cù u calore di u reattore piuttostu cà carburante combustibile. Questi mutori utilizanu u calore, u cunvertisce in l'electricità, chì hè cundizionatu è distribuitu à l'equipaggiu di l'utilizatori nantu à a superficia di a Luna è di Mars. U metudu di dissipazione di u calore hè impurtante per mantene a temperatura di u funziunamentu propiu di i dispositi.

Energia nucleare hè avà cunsideratu cum'è l'unica alternativa raghjone induve energia solare, ventu è idroelettrica ùn sò micca prontu dispunibili. In Mars, per esempiu, a forza di u sole varieghja assai cù e stagioni, è e tempeste di polvera periodica ponu durà mesi.

A luna lunar friddu a notte dura 14 ghjorni, cù u sole chì varieghja assai vicinu à i poli è assente da i crateri permanentemente in ombra. In tali cundizioni difficiuli, ottene energia da a luz di u sole hè difficiule, è i pruvisti di carburante sò limitati. L'energia di fissione superficiale offre una soluzione faciule, affidabile è efficiente.

Ô cuntrariu reattori di terraùn ci hè micca intenzione di sguassà o rimpiazzà u carburante. À a fine di a missione di 10 anni, ci hè ancu un pianu per a decommissioning sicura di a facilità. "À a fine di a so vita di serviziu, u sistema serà disattivatu, è u livellu di radiazione diminuisce gradualmente à un livellu sicuru per l'accessu umanu è u funziunamentu", spiegò Calomino. "I sistemi di rifiuti ponu esse spustati in un locu di almacenamentu remoto induve ùn metteranu micca in periculu l'equipaggiu o l'ambiente".

Reattore chjucu, ligeru, ma efficace, in alta dumanda

Cum'è l'esplorazione spaziale si sviluppa, simu digià abbastanza bè sistemi di generazione di energia nucleare à una piccula scala. Tali sistemi sò longu alimentati da navi spaziali senza equipaggiu chì viaghjanu à i lochi di u sistema solare.

In u 2019, a nave spaziale New Horizons a propulsione nucleare hà volatu attraversu l'ughjettu più distante mai vistu à distanza vicinu, Ultima Thule, assai oltre Plutone in una regione cunnisciuta cum'è a cintura di Kuiper. Ùn puderia micca fà senza energia nucleare. L'energia solare ùn hè micca dispunibule in una forza abbastanza fora di l'orbita di Marte. I fonti chimichi ùn duranu micca longu perchè a so densità di energia hè troppu bassu è a so massa hè troppu grande.

Adupratu in missioni à longu andà generatori radiotermali (RTG) usa l'isotopo di plutoniu 238Pu, chì hè ideale per generà calore permanente da a decadenza radiuattiva naturale emettendu particelle alfa, chì sò poi cunvertite in electricità. A so mezza vita di 88 anni significa chì servirà una missione à longu andà. Tuttavia, i RTG ùn ponu micca furnisce l'alta putenza specifica necessaria per missioni longu, navi più massive, per ùn dì micca e basi extraterrestri.

Una suluzione, per esempiu, per una presenza esplorativa è possibbilmente un insediamentu nantu à Marte o a Luna puderia esse disinni di reattori chjuchi chì a NASA hà pruvatu per parechji anni. Sti dispusitivi sò cunnisciuti cum'è Prughjettu di energia di fissione di Kilopower (2), sò pensati per furnisce l'energia elettrica da 1 à 10 kW è ponu esse cunfigurati cum'è moduli coordinati per alimentà i sistemi di propulsione o per sustene a ricerca, a minera o e culunie in corpi spaziali stranieri.

Comu sapete, a massa importa in u spaziu. putenza di u reattore ùn deve micca più di u pesu di un veiculu mediu. Comu sapemu, per esempiu, da un spettaculu recente SpaceX Falcon Heavy rocketslanciari una vittura in u spaziu ùn hè attualmente micca un prublema tecnicu. Cusì, i reattori di luce ponu esse facilmente posti in orbita intornu à a Terra è fora.

2. XNUMX kilowatt KIlopower reactor prototipu.

Rocket cù reattore suscita speranze è teme

Anzianu amministratore di a NASA Jim Bridenstine hà enfatizatu parechje volte vantaghji di i motori termichi nucleari, aghjustendu chì più putenza in orbita puderia pudè permette à l'artigiani orbitanti di evade cù successu in casu di un attaccu d'arme anti-satellite.

Reattori in orbita Puderanu ancu putere laser militari putenti, chì hè ancu di grande interessu per l'autorità US. In ogni casu, prima chì un mutore di razzi nucleari faci u so primu volu, a NASA deve cambià e so lege nantu à u trasportu di materiali nucleari in u spaziu. Se questu hè veru, allora, secondu u pianu di a NASA, u primu volu di un mutore nucleare duverà esse fattu in 2024.

In ogni casu, i Stati Uniti parenu avè da rializà i so prughjetti nucleari, soprattuttu dopu chì a Russia hà annunziatu un prugramma di decennii per custruisce una nave spaziale civile nucleare. Eranu una volta u capu indiscutitu in a tecnulugia spaziale.

In l'anni 60, i Stati Uniti avianu un prughjettu per u missile nucleare Orion pulse-pulse, chì era suppostu cusì putente chì puderia permette. trasferendu cità intere in u spaziuè ancu fà un volu tripulatu à Alpha Centauri. Tutte quelle vechje serie americane di fantasia sò state nantu à u scaffale da l'anni 70.

Tuttavia, hè ora di spolverà u vechju cuncettu. mutore nucleare in u spaziusoprattuttu perchè i cuncurrenti, in questu casu principarmenti in Russia, anu dimustratu recentemente un grande interessu in questa tecnulugia. Un cohettu termale nucleare puderia riduce u tempu di volu à Marte à a mità, forse ancu à centu ghjorni, chì significa chì l'astronauti cunsuma menu risorse è menu carica di radiazione nantu à l'equipaggiu. Inoltre, cum'è pare, ùn ci sarà micca una tale dipendenza da "finestri", vale à dì l'approcciu multiplu di Mars à a Terra ogni pochi anni.

Tuttavia, ci hè un risicu, chì include u fattu chì u reattore à bordu seria una fonte addiziale di radiazione in una situazione induve u spaziu porta digià una minaccia enormosa di sta natura. Ùn hè micca tuttu. Mutore termale nucleare ùn pò esse lanciatu in l'atmosfera di a Terra per paura di una pussibili splusioni è contaminazione. Dunque, i razzi normali sò furniti per u lanciu. Dunque, ùn saltamu micca u stadiu più caru assuciatu cù u lanciu di massa in orbita da a Terra.

U prughjettu di ricerca di a NASA chjamatu OTERNI (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) hè un esempiu di i sforzi di a NASA per vultà à a propulsione nucleare. In u 2017, prima di parlà di un ritornu à a tecnulugia, a NASA hà attribuitu à BWX Technologies un cuntrattu triennale di $ 19 milioni per sviluppà i cumpunenti di carburante è i reattori necessarii per a custruzzione. mutore nucleari. Unu di i più recenti cuncetti di propulsione nucleare spaziale di a NASA hè u Reactor Swarm-Probe ATEG, SPEAR(3), chì hè previstu d'utilizà un novu moderatore di reattore ligeru è generatori termoelettrichi avanzati (ATEG) per riduce significativamente a massa generale di u core.

Questu averebbe bisognu di calà a temperatura di u funziunamentu è di riduce u livellu di putenza generale di u core. In ogni casu, a massa ridutta avaristi bisognu di menu putenza di propulsione, risultatu in una nave spaziale elettrica chjuca, pocu prezzu, nucleare.

3. Visualizazione di a sonda sviluppata in u quadru di u prughjettu Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor.

Anatoly PerminovQuestu hè statu annunziatu da u capu di l'Agenzia Spaziale Federale di Russia. svilupparà una nave spaziale nucleare per u viaghju in u spaziu prufondu, chì offre u so propiu approcciu originale. U disignu prelimiunale hè statu finitu da 2013, è i prossimi 9 anni sò previsti per u sviluppu. Stu sistema deve esse una cumminazione di generazione di energia nucleare cù un sistema di propulsione ionica. U gasu caldu à 1500 ° C da u reattore duverà turnà una turbina chì gira un generatore chì genera electricità per u mutore ionicu.

Sicondu Perminov, u drive serà capaci di sustene una missione tripulata à Marsè l'astronauti puderanu stà nantu à u Pianeta Rossu per 30 ghjorni grazia à l'energia nucleare. In u tutale, un volu à Marte cù un mutore nucleare è l'accelerazione constante duverà sei settimane invece di ottu mesi, assumendu una spinta 300 volte più grande di quella di un mutore chimicu.

Tuttavia, micca tuttu hè cusì liscia in u prugramma Russian. In l'aostu di u 2019, un reattore hà splutatu in Sarov, in Russia, nantu à a riva di u Mari Biancu, chì era parti di un mutore di fucile in u Mari Balticu. carburante liquidu. Ùn hè micca cunnisciutu se stu disastru hè in relazione cù u prugramma di ricerca di propulsione nucleare russa descritta sopra.

Senza dubbitu, però, un elementu di rivalità trà i Stati Uniti è a Russia, è possibbilmente a Cina in terra. usu di l'energia nucleare in u spaziu dà à a ricerca un forte impetu di accelerazione.