Patrząc w przyszłość eksploracji kosmosu z załogą, dla NASA i innych agencji kosmicznych jest jasne, że należy spełnić określone wymagania technologiczne. Potrzebna jest nie tylko nowa generacja pojazdów nośnych i kapsuł kosmicznych (takich jak SLS i Orion statek kosmiczny), ale potrzebne są nowe formy produkcji energii, aby zapewnić, że mogą odbywać się długotrwałe misje na Księżyc, Marsa i inne miejsca w Układzie Słonecznym.
Jedną z możliwości, która rozwiązuje te obawy, jest Kilopower, lekki system zasilania rozszczepiającego, który może zasilać roboty, bazy i misje eksploracyjne. We współpracy z National Nuclear Security Administration (NNSA) Departamentu Energii, NASA niedawno przeprowadziła udaną demonstrację nowego systemu zasilania reaktora jądrowego, który mógłby umożliwić długotrwałe misje załogowe na Księżyc, Marsa i nie tylko.
Znana jako eksperyment Kilopower Reactor using Stirling Technology (KRUSTY), technologia została zaprezentowana na niedawnej konferencji prasowej w środę 2 maja w NASA Glenn Research Center. Według NASA ten system zasilania jest w stanie wygenerować do 10 kilowatów energii elektrycznej - wystarczającej mocy dla kilku gospodarstw domowych nieprzerwanie przez dziesięć lat lub posterunku na Księżycu lub Marsie.
Jak Jim Reuter, zastępca administratora NASA w Space Technology Mission Directorate (STMD), wyjaśnił w najnowszym komunikacie prasowym NASA:
„Bezpieczna, wydajna i obfita energia będzie kluczem do przyszłych robotycznych i ludzkich poszukiwań. Oczekuję, że projekt Kilopower będzie istotną częścią architektury mocy księżycowej i Marsa w miarę ich ewolucji. ”
Prototypowy system zasilania wykorzystuje mały stały rdzeń reaktora uran-235 i pasywne sodowe rury cieplne do przenoszenia ciepła z reaktora do wysokowydajnych silników Stirlinga, które przekształcają ciepło w elektryczność. Ten system zasilania idealnie nadaje się do miejsc takich jak Księżyc, gdzie wytwarzanie energii za pomocą tablic słonecznych jest trudne, ponieważ noce księżycowe odpowiadają 14 dniom na Ziemi.
Ponadto wiele planów eksploracji Księżyca wymaga budowy placówek w trwale zacienionych regionach polarnych lub w stabilnych podziemnych rurach lawowych. Na Marsie słońce jest bardziej obfite, ale podlega dobowemu cyklowi i pogodzie planety (np. Burze piaskowe). Technologia ta może zatem zapewnić stały dopływ energii, który nie zależy od przerywanych źródeł, takich jak światło słoneczne. Jak powiedział Marc Gibson, główny inżynier Kilopower w Glenn:
„Kilopower daje nam możliwość wykonywania misji o dużej mocy i eksploracji mrocznych kraterów Księżyca. Kiedy zaczniemy wysyłać astronautów na długie pobyty na Księżyc i inne planety, będzie to wymagało nowej klasy mocy, której nigdy wcześniej nie potrzebowaliśmy ”.
Eksperyment Kilopower został przeprowadzony w Narodowym Ośrodku Bezpieczeństwa Nevada (NNSS) w NNSA między listopadem a marcem 2017 r. Oprócz wykazania, że system może wytwarzać energię elektryczną poprzez rozszczepienie, celem eksperymentu było również wykazanie, że jest stabilny i bezpieczny w dowolnym środowisku. Z tego powodu zespół Kilopower prowadzi eksperyment w czterech fazach.
Pierwsze dwie fazy, które zostały przeprowadzone bez zasilania, potwierdziły, że każdy element w systemie działał poprawnie. W trzeciej fazie zespół zwiększył moc, aby powoli ogrzać rdzeń przed przejściem do fazy czwartej, która składała się z 28-godzinnego testu z pełną mocą. Ta faza symulowała wszystkie etapy misji, w tym rozruch reaktora, zwiększenie do pełnej mocy, stabilną pracę i wyłączenie.
W trakcie eksperymentu zespół symulował różne awarie systemu, aby upewnić się, że system będzie nadal działał - w tym obniżenie mocy, awarie silników i uszkodzone przewody cieplne. Przez cały czas generator KRUSTY dostarczał elektryczność, udowadniając, że jest w stanie wytrzymać wszystko, co rzuci na niego eksploracja kosmosu. Jak wskazał Gibson:
„Sprawdzamy system. Bardzo dobrze rozumiemy reaktor, a ten test udowodnił, że system działa w sposób, w jaki go zaprojektowaliśmy. Bez względu na środowisko, w którym go wystawimy, reaktor działa bardzo dobrze. ”
Patrząc w przyszłość, projekt Kilopower pozostanie częścią programu NASA Game Changing Development (GCD). W ramach Dyrekcji ds. Misji Technologii Kosmicznych NASA (STMD) celem tego programu jest rozwój technologii kosmicznych, które mogą prowadzić do zupełnie nowych podejść do przyszłych misji kosmicznych Agencji. Ostatecznie zespół ma nadzieję na przejście do programu Misja demonstracyjna technologii (TDM) do 2020 r.
Jeśli wszystko pójdzie dobrze, reaktor KRUSTY może pozwolić na stałe ludzkie posterunki na Księżycu i Marsie. Może także oferować wsparcie misjom polegającym na wykorzystaniu zasobów in situ (ISRU) do produkcji paliwa hydrazynowego z lokalnych źródeł lodu wodnego oraz materiałów budowlanych z lokalnego regolitu.
Zasadniczo, kiedy roboty są montowane na Księżycu, aby drukować bazy 3D z lokalnego regolitu, a astronauci zaczynają regularne podróże na Księżyc w celu prowadzenia badań i eksperymentów (tak jak robią to obecnie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej), mogą to być reaktory KRUSTY które zapewnią im wszystkie potrzeby energetyczne. Za kilka dziesięcioleci to samo może dotyczyć Marsa, a nawet lokalizacji w zewnętrznym Układzie Słonecznym.
Ten system reaktorów może również utorować drogę rakietom, które opierają się na napędzie jądrowo-termicznym lub jądrowo-elektrycznym, umożliwiając misje poza Ziemią, które są zarówno szybsze, jak i bardziej opłacalne!
I koniecznie obejrzyj ten film z programu GCD, dzięki uprzejmości NASA 360:
