ბირთვული ენერგია კოსმოსში. ატომური აჩქარების იმპულსები

ბირთვული ენერგიის გამოყენების იდეები კოსმოსური ხომალდის ასაწევად და მისი გამოყენება მომავალ არამიწიერ ბაზებსა თუ დასახლებებში ახალი არ არის. ბოლო დროს ისინი ახალ ტალღაში მოვიდნენ და რაც დიდ ძალთა მეტოქეობის ველად იქცევიან, მათი განხორციელება უფრო სავარაუდო ხდება.

NASA-მ და აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტმა დაიწყეს ძებნა დილერ კომპანიებს შორის მთვარეზე და მარსზე ატომური ელექტროსადგურების პროექტები. ამან ხელი უნდა შეუწყოს გრძელვადიან კვლევებს და შესაძლოა დასახლების პროექტებსაც კი. NASA-ს მიზანია, რომ ის მზად იყოს გასაშვებად 2026 წლისთვის. მცენარე მთლიანად უნდა იყოს დამზადებული და აწყობილი დედამიწაზე და შემდეგ შემოწმდეს უსაფრთხოებაზე.

ენტონი კალომინოამის შესახებ NASA-ს კოსმოსური ტექნოლოგიების ადმინისტრაციის ბირთვული ტექნოლოგიების დირექტორმა განაცხადა გეგმა არის XNUMX კილოვატიანი ბირთვული დაშლის სისტემის შემუშავება, რომელიც საბოლოოდ გაიშვება და განთავსდება მთვარეზე. (ერთი). ის უნდა იყოს ინტეგრირებული მთვარის სადესანტო სადგურთან და გამაძლიერებელი მას მიიყვანს მთვარის ორბიტა. მტვირთავი შემდეგ ამოიღეთ სისტემა ზედაპირზე.

მოსალოდნელია, რომ ადგილზე მისვლისთანავე იგი მზად იქნება ექსპლუატაციისთვის, დამატებითი აწყობის ან მშენებლობის საჭიროების გარეშე. ოპერაცია არის შესაძლებლობების დემონსტრირება და იქნება ამოხსნის და წარმოებულების გამოყენების საწყისი წერტილი.

„როდესაც ტექნოლოგია დადასტურდება დემონსტრაციის დროს, მომავალი სისტემები შეიძლება გაიზარდოს ან მრავალი მოწყობილობა გამოიყენონ ერთად გრძელვადიანი მისიებისთვის მთვარეზე და შესაძლოა მარსზე“, - განმარტა კალომინომ CNBC-ზე. „ოთხი ერთეული, რომელთაგან თითოეული აწარმოებს 10 კილოვატ ელექტროენერგიას, უზრუნველყოფს საკმარის ენერგიას მთვარეზე ან მარსზე ფორპოსტის შექმნა.

პლანეტების ზედაპირზე დიდი რაოდენობით ელექტროენერგიის გამომუშავების შესაძლებლობა მიწისზე დაფუძნებული დაშლის სისტემის გამოყენებით საშუალებას მისცემს ფართომასშტაბიან კვლევას, ადამიანთა ფორპოსტებს და რესურსების ადგილზე გამოყენებას, კომერციალიზაციის შესაძლებლობას.

როგორ იმუშავებს ატომური ელექტროსადგური? ოდნავ გამდიდრებული ფორმა ბირთვული საწვავი ძალაუფლება ბირთვული ბირთვი... Პატარა ბირთვული რეაქტორი გამოიმუშავებს სითბოს, რომელიც გადაეცემა ენერგიის გარდაქმნის სისტემას. სიმძლავრის კონვერტაციის სისტემა შედგება ძრავებისგან, რომლებიც შექმნილია რეაქტორის სიცხეზე და არა წვად საწვავზე მუშაობისთვის. ეს ძრავები იყენებენ სითბოს, გარდაქმნიან მას ელექტროენერგიად, რომელიც განპირობებულია და ნაწილდება მომხმარებლის აღჭურვილობაზე მთვარისა და მარსის ზედაპირზე. სითბოს გაფრქვევის მეთოდი მნიშვნელოვანია მოწყობილობების სათანადო მუშაობის ტემპერატურის შესანარჩუნებლად.

ბირთვული ენერგია ახლა განიხილება ერთადერთ გონივრულ ალტერნატივად, სადაც მზის ენერგია, ქარი და ჰიდროენერგია არ არის ხელმისაწვდომი. მარსზე, მაგალითად, მზის სიძლიერე მნიშვნელოვნად განსხვავდება სეზონების მიხედვით და პერიოდული მტვრის ქარიშხალი შეიძლება გაგრძელდეს თვეების განმავლობაში.

Მთვარეზე ცივი მთვარის ღამე გრძელდება 14 დღე, მზის შუქი მნიშვნელოვნად იცვლება პოლუსებთან და არ არის მუდმივად დაჩრდილული კრატერებიდან. ასეთ რთულ პირობებში მზისგან ენერგიის მიღება რთულია, საწვავის მარაგი კი შეზღუდულია. ზედაპირის დაშლის ენერგია გთავაზობთ მარტივ, საიმედო და ეფექტურ გადაწყვეტას.

განსხვავებით მიწის რეაქტორებიარ არსებობს საწვავის ამოღება ან შეცვლა. 10-წლიანი მისიის დასასრულს ასევე არსებობს ობიექტის უსაფრთხო გაუქმების გეგმა. „სამუშაო ვადის ბოლოს სისტემა გამოირთვება და რადიაციის დონე თანდათან შემცირდება იმ დონემდე, რომელიც უსაფრთხოა ადამიანის წვდომისა და მუშაობისთვის“, - განმარტა კალომინომ. „ნარჩენების სისტემების გადატანა შესაძლებელია დისტანციურ შესანახ ადგილას, სადაც ისინი საფრთხეს არ შეუქმნიან ეკიპაჟს ან გარემოს“.

პატარა, მსუბუქი, მაგრამ ეფექტური რეაქტორი, დიდი მოთხოვნა

როგორც კოსმოსური კვლევა ვითარდება, ჩვენ უკვე საკმაოდ კარგად ვმუშაობთ ბირთვული ენერგიის წარმოების სისტემები მცირე მასშტაბით. ასეთი სისტემები დიდი ხანია ამუშავებენ უპილოტო კოსმოსურ ხომალდებს, რომლებიც მოგზაურობენ მზის სისტემის შორეულ მანძილზე.

2019 წელს, ატომურმა კოსმოსურმა ხომალდმა New Horizons-მა გაფრინდა ყველაზე შორეულ ობიექტზე, რომელიც ოდესმე უნახავთ ახლო მანძილზე, Ultima Thule, პლუტონის მიღმა, რეგიონში, რომელიც ცნობილია როგორც კოიპერის სარტყელი. მას არ შეეძლო ამის გაკეთება ბირთვული ენერგიის გარეშე. მზის ენერგია არ არის საკმარისი სიძლიერით მარსის ორბიტის გარეთ. ქიმიური წყაროები დიდხანს არ გრძელდება, რადგან მათი ენერგიის სიმკვრივე ძალიან დაბალია და მათი მასა ძალიან დიდი.

გამოიყენება შორ მანძილზე მისიებში რადიოთერმული გენერატორები (RTG) იყენებს პლუტონიუმის იზოტოპს 238Pu, რომელიც იდეალურია ბუნებრივი რადიოაქტიური დაშლისგან მუდმივი სითბოს წარმოქმნისთვის ალფა ნაწილაკების გამოსხივებით, რომლებიც შემდეგ გარდაიქმნება ელექტროენერგიად. მისი 88 წლიანი ნახევარგამოყოფის პერიოდი ნიშნავს, რომ იგი ემსახურება გრძელვადიან მისიას. თუმცა, RTG-ებს არ შეუძლიათ უზრუნველყონ მაღალი სპეციფიკური სიმძლავრე, რომელიც საჭიროა გრძელი მისიებისთვის, უფრო მასიური გემებისთვის, რომ აღარაფერი ვთქვათ არამიწიერ ბაზებზე.

გამოსავალი, მაგალითად, საძიებო ყოფნისთვის და, შესაძლოა, მარსზე ან მთვარეზე დასახლებისთვის, შეიძლება იყოს პატარა რეაქტორის დიზაინი, რომელსაც NASA ამოწმებს რამდენიმე წლის განმავლობაში. ეს მოწყობილობები ცნობილია როგორც Kilopower დაშლის ენერგიის პროექტი (2), შექმნილია 1-დან 10 კვტ-მდე ელექტროენერგიის მიწოდებისთვის და შეიძლება იყოს კონფიგურირებული, როგორც კოორდინირებული მოდულები მამოძრავებელი სისტემებისთვის ან უცხოპლანეტელ კოსმოსურ სხეულებზე კვლევების, სამთო მოპოვების ან კოლონიების მხარდასაჭერად.

მოგეხსენებათ, მასას აქვს მნიშვნელობა სივრცეში. რეაქტორის სიმძლავრე ის არ უნდა აღემატებოდეს საშუალო მანქანის წონას. როგორც ვიცით, მაგალითად, ბოლო შოუდან SpaceX Falcon Heavy რაკეტებიმანქანის კოსმოსში გაშვება ამჟამად ტექნიკური პრობლემა არ არის. ამგვარად, მსუბუქი რეაქტორები შეიძლება ადვილად განთავსდეს ორბიტაზე დედამიწის გარშემო და მის ფარგლებს გარეთ.

2. XNUMX კილოვატი KIlopower რეაქტორის პროტოტიპი.

რაკეტა რეაქტორთან ერთად ბადებს იმედებს და შიშებს

ნასას ყოფილი ადმინისტრატორი ჯიმ ბრაიდენსტაინი მან არაერთხელ ხაზგასმით აღნიშნა ბირთვული თერმული ძრავების უპირატესობებიდა დასძინა, რომ ორბიტაზე მეტი სიმძლავრე პოტენციურად საშუალებას მისცემს ორბიტულ ხომალდს წარმატებით აირიდონ სატელიტური იარაღის შეტევის შემთხვევაში.

რეაქტორები ორბიტაზე მათ ასევე შეეძლოთ ძლიერი სამხედრო ლაზერების გამომუშავება, რაც ასევე დიდ ინტერესს იწვევს აშშ-ს ხელისუფლებისთვის. თუმცა, სანამ ბირთვული სარაკეტო ძრავა პირველ ფრენას შეასრულებს, NASA-მ უნდა შეცვალოს თავისი კანონები ბირთვული მასალების კოსმოსში გადატანის შესახებ. თუ ეს მართალია, მაშინ, NASA-ს გეგმის მიხედვით, ბირთვული ძრავის პირველი ფრენა 2024 წელს უნდა განხორციელდეს.

თუმცა, როგორც ჩანს, აშშ იწყებს ატომურ პროექტებს, განსაკუთრებით მას შემდეგ, რაც რუსეთმა გამოაცხადა ათწლიანი პროგრამა სამოქალაქო ბირთვული კოსმოსური ხომალდის ასაშენებლად. ისინი ოდესღაც უდავო ლიდერები იყვნენ კოსმოსურ ტექნოლოგიებში.

60-იან წლებში შეერთებულ შტატებს ჰქონდა პროექტი Orion pulse-pulse ბირთვული რაკეტის შესახებ, რომელიც უნდა ყოფილიყო ისეთი ძლიერი, რომ მას შეეძლო დაეშვა. მთელი ქალაქების კოსმოსში გადატანადა თუნდაც პილოტირებული ფრენა ალფა კენტავრისკენ. ყველა ის ძველი ფანტასტიკური ამერიკული სერიალი 70-იანი წლებიდან თაროზეა.

თუმცა, დროა ძველი კონცეფციის მტვერი ჩამოვიშოროთ. ბირთვული ძრავა კოსმოსშიძირითადად იმიტომ, რომ კონკურენტები, ამ შემთხვევაში ძირითადად რუსეთი, ბოლო დროს დიდი ინტერესი გამოავლინეს ამ ტექნოლოგიის მიმართ. ბირთვულ თერმულ რაკეტას შეუძლია გაანახევროს მარსზე ფრენის დრო, შესაძლოა ას დღემდეც კი, რაც ნიშნავს, რომ ასტრონავტები მოიხმარენ ნაკლებ რესურსს და ნაკლებ რადიაციულ დატვირთვას ეკიპაჟზე. გარდა ამისა, როგორც ჩანს, არ იქნება ასეთი დამოკიდებულება „ფანჯრებზე“, ანუ მარსის მრავალჯერადი მიახლოება დედამიწასთან ყოველ რამდენიმე წელიწადში ერთხელ.

თუმცა, არსებობს რისკი, რომელიც მოიცავს იმ ფაქტს, რომ საბორტო რეაქტორი იქნება რადიაციის დამატებითი წყარო იმ სიტუაციაში, როდესაც სივრცე უკვე ატარებს ამ ბუნების უზარმაზარ საფრთხეს. ეს ყველაფერი არ არის. ბირთვული თერმული ძრავა მისი გაშვება არ შეიძლება დედამიწის ატმოსფეროში შესაძლო აფეთქებისა და დაბინძურების შიშით. ამიტომ, გაშვებისთვის არის გათვალისწინებული ნორმალური რაკეტები. ამიტომ, ჩვენ არ გამოვტოვებთ ყველაზე ძვირადღირებულ ეტაპს, რომელიც დაკავშირებულია დედამიწიდან ორბიტაზე მასის გაშვებასთან.

ნასას კვლევითი პროექტი ე.წ ტრიუები (ბირთვული თერმული რაკეტის გარემოს სიმულატორი) არის ნასას ძალისხმევის ერთ-ერთი მაგალითი, რათა დაუბრუნდეს ბირთვულ მოძრაობას. 2017 წელს, სანამ ტექნოლოგიაში დაბრუნებაზე რაიმე ლაპარაკი იყო, NASA-მ BWX Technologies-ს სამწლიანი 19 მილიონი დოლარის კონტრაქტი მიანიჭა მშენებლობისთვის საჭირო საწვავის კომპონენტებისა და რეაქტორების შესაქმნელად. ბირთვული ძრავა. NASA-ს ერთ-ერთი უახლესი კოსმოსური ბირთვული ძრავის კონცეფცია არის Swarm-Probe ATEG Reactor, SPEAR(3), რომელიც სავარაუდოდ გამოიყენებს ახალ მსუბუქი რეაქტორის მოდერატორს და მოწინავე თერმოელექტრო გენერატორებს (ATEGs), რათა მნიშვნელოვნად შეამციროს ბირთვის საერთო მასა.

ეს მოითხოვს სამუშაო ტემპერატურის შემცირებას და ბირთვის საერთო სიმძლავრის დონის შემცირებას. თუმცა, შემცირებული მასა მოითხოვს ნაკლებ მამოძრავებელ ძალას, რის შედეგადაც წარმოიქმნება პატარა, იაფფასიანი, ბირთვული ელექტრო კოსმოსური ხომალდი.

3. Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor-ის პროექტის ფარგლებში შემუშავებული ზონდის ვიზუალიზაცია.

ანატოლი პერმინოვიამის შესახებ რუსეთის ფედერალური კოსმოსური სააგენტოს ხელმძღვანელმა განაცხადა. შეიმუშავებს ბირთვულ კოსმოსურ ხომალდს ღრმა სივრცეში მოგზაურობისთვის, გთავაზობთ საკუთარ, ორიგინალურ მიდგომას. წინასწარი პროექტი 2013 წლისთვის დასრულდა და მომდევნო 9 წელია დაგეგმილი განვითარება. ეს სისტემა უნდა იყოს ატომური ენერგიის წარმოქმნის კომბინაცია იონური მამოძრავებელი სისტემით. ცხელი აირი რეაქტორიდან 1500°C ტემპერატურაზე უნდა გადააქციოს ტურბინას, რომელიც აქცევს გენერატორს, რომელიც გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას იონური ძრავისთვის.

პერმინოვის თქმით, დრაივი შეძლებს მარსზე პილოტირებული მისიის მხარდაჭერასხოლო ასტრონავტები ატომური ენერგიის წყალობით წითელ პლანეტაზე 30 დღის განმავლობაში დარჩნენ. მთლიანობაში, მარსზე ფრენა ბირთვული ძრავით და მუდმივი აჩქარებით, რვა თვის ნაცვლად ექვს კვირას დასჭირდებოდა, ქიმიური ძრავის ბიძგზე 300-ჯერ აღემატება.

თუმცა, რუსულ პროგრამაში ყველაფერი ასე გლუვი არ არის. 2019 წლის აგვისტოში, რუსეთში, საროვში, თეთრი ზღვის სანაპიროზე რეაქტორი აფეთქდა, რომელიც ბალტიის ზღვაში სარაკეტო ძრავის ნაწილი იყო. თხევადი საწვავი. არ არის ცნობილი, უკავშირდება თუ არა ეს კატასტროფა რუსეთის ბირთვული ძრავის კვლევის პროგრამას, რომელიც ზემოთ აღწერილ იქნა.

თუმცა, ეჭვგარეშეა, რომ შეერთებულ შტატებსა და რუსეთს და, შესაძლოა, ადგილზე ჩინეთს შორის მეტოქეობის ელემენტია. ბირთვული ენერგიის გამოყენება კოსმოსში აძლევს კვლევას ძლიერ აჩქარების იმპულსს.