Ynni niwclear yn y gofod. ysgogiadau cyflymiad atomig

Nid yw'r syniad o ddefnyddio ynni niwclear i yrru llongau gofod a'i ddefnyddio mewn canolfannau neu aneddiadau allfydol yn y dyfodol yn newydd. Yn ddiweddar, maent wedi dod mewn ton newydd, ac wrth iddynt ddod yn faes o gystadleuaeth pŵer mawr, mae eu gweithredu yn dod yn fwy tebygol.

Dechreuodd NASA ac Adran Ynni yr Unol Daleithiau chwiliad ymhlith cwmnïau delwyr prosiectau gorsafoedd ynni niwclear ar y Lleuad a'r blaned Mawrth. Dylai hyn gefnogi ymchwil hirdymor ac efallai hyd yn oed brosiectau setliad. Nod NASA yw ei gael yn barod i'w lansio erbyn 2026. Rhaid i'r planhigyn gael ei wneud yn gyfan gwbl a'i ymgynnull ar y Ddaear ac yna ei brofi am ddiogelwch.

Anthony Calomino, cyfarwyddwr technoleg niwclear NASA yn y Weinyddiaeth Gofod Technoleg, dywedodd hynny Y cynllun yw datblygu system ymholltiad niwclear XNUMX-kilowat a fydd yn cael ei lansio yn y pen draw a'i osod ar y lleuad. (un). Rhaid ei integreiddio â lander y lleuad a bydd y pigiad atgyfnerthu yn mynd ag ef orbit lleuad. Llwythwr yna dod â'r system i'r wyneb.

Ar ôl cyrraedd y safle, disgwylir y bydd yn barod i'w weithredu ar unwaith, heb fod angen cydosod neu adeiladu ychwanegol. Mae'r gweithrediad yn arddangosiad o'r posibiliadau a bydd yn fan cychwyn ar gyfer defnyddio'r datrysiad a'i ddeilliadau.

“Unwaith y bydd y dechnoleg wedi’i dilysu yn ystod arddangosiad, gellir cynyddu systemau yn y dyfodol neu gellir defnyddio dyfeisiau lluosog gyda’i gilydd ar gyfer teithiau hirdymor i’r Lleuad ac o bosibl i’r blaned Mawrth,” esboniodd Calomino ar CNBC. “Bydd pedair uned, pob un ohonynt yn cynhyrchu 10 cilowat o drydan, yn darparu digon o bŵer i gosod allbost ar y Lleuad neu'r blaned Mawrth.

Bydd y gallu i gynhyrchu symiau mawr o drydan ar wyneb planedau gan ddefnyddio system ymholltiad ar y ddaear yn galluogi ymchwil ar raddfa fawr, allbyst dynol, a defnyddio adnoddau yn y fan a’r lle, tra’n caniatáu ar gyfer y posibilrwydd o fasnacheiddio.”

Sut y bydd yn gweithio gorsaf ynni niwclear? Ffurf wedi'i gyfoethogi ychydig tanwydd niwclear grym ewyllys craidd niwclear... Bach adweithydd niwclear bydd yn cynhyrchu gwres, a fydd yn cael ei drosglwyddo i'r system trosi pŵer. Bydd y system trosi ynni yn cynnwys injans a gynlluniwyd i redeg ar wres adweithydd yn hytrach na thanwydd hylosg. Mae'r peiriannau hyn yn defnyddio gwres, yn ei drawsnewid yn drydan, sy'n cael ei gyflyru a'i ddosbarthu i offer defnyddwyr ar wyneb y Lleuad a'r blaned Mawrth. Mae'r dull o afradu gwres yn bwysig i gynnal tymheredd gweithredu cywir y dyfeisiau.

Ynni niwclear bellach yn cael ei ystyried fel yr unig ddewis arall rhesymol lle egni solar, gwynt ac ynni dŵr ddim ar gael yn rhwydd. Ar y blaned Mawrth, er enghraifft, mae cryfder yr haul yn amrywio'n fawr gyda'r tymhorau, a gall stormydd llwch cyfnodol bara am fisoedd.

Ar y lleuad lleuad oer mae'r noson yn para 14 diwrnod, gyda golau'r haul yn amrywio'n fawr ger y pegynau ac yn absennol o'r craterau sydd wedi'u cysgodi'n barhaol. Mewn amodau mor anodd, mae'n anodd cael ynni o olau'r haul, ac mae cyflenwadau tanwydd yn gyfyngedig. Mae ynni ymholltiad arwyneb yn cynnig datrysiad hawdd, dibynadwy ac effeithlon.

Yn wahanol i adweithyddion daearnid oes unrhyw fwriad i symud neu amnewid y tanwydd. Ar ddiwedd y daith 10 mlynedd, mae cynllun hefyd ar gyfer datgomisiynu'r cyfleuster yn ddiogel. “Ar ddiwedd ei oes gwasanaeth, bydd y system yn cael ei diffodd a bydd lefel yr ymbelydredd yn gostwng yn raddol i lefel sy'n ddiogel ar gyfer mynediad a gweithrediad dynol,” esboniodd Calomino. "Gall systemau gwastraff gael eu symud i leoliad storio o bell lle na fyddant yn peryglu'r criw na'r amgylchedd."

Adweithydd bach, ysgafn, ond effeithlon, y mae galw mawr amdano

Wrth i archwilio'r gofod ddatblygu, rydym eisoes yn gwneud yn eithaf da systemau cynhyrchu ynni niwclear ar raddfa fach. Mae gan systemau o'r fath longau gofod di-griw wedi'u pweru ers amser maith sy'n teithio i bellafoedd cysawd yr haul.

Yn 2019, hedfanodd y llong ofod New Horizons a bwerir gan niwclear trwy'r gwrthrych pellaf a welwyd erioed yn agos, Ultima Thule, ymhell y tu hwnt i Plwton mewn rhanbarth o'r enw Kuiper Belt. Ni allai fod wedi gwneud hynny heb ynni niwclear. Nid yw ynni'r haul ar gael mewn digon o gryfder y tu allan i orbit y blaned Mawrth. Nid yw ffynonellau cemegol yn para'n hir oherwydd bod eu dwysedd ynni yn rhy isel a'u màs yn rhy fawr.

Defnyddir ar deithiau ystod hir generaduron radiothermol (RTG) yn defnyddio'r isotop plwtoniwm 238Pu, sy'n ddelfrydol ar gyfer cynhyrchu gwres parhaol o bydredd ymbelydrol naturiol trwy allyrru gronynnau alffa, sydd wedyn yn cael eu trosi'n drydan. Mae ei hanner oes o 88 mlynedd yn golygu y bydd yn gwasanaethu cenhadaeth hirdymor. Fodd bynnag, ni all RTGs ddarparu'r pŵer penodol uchel sydd ei angen ar gyfer teithiau hir, llongau mwy enfawr, heb sôn am ganolfannau allfydol.

Gallai datrysiad, er enghraifft, ar gyfer presenoldeb archwiliadol ac o bosibl setliad ar y blaned Mawrth neu'r Lleuad fod yn ddyluniadau adweithyddion bach y mae NASA wedi bod yn eu profi ers sawl blwyddyn. Gelwir y dyfeisiau hyn yn Prosiect ynni ymholltiad cilopower (2), wedi'u cynllunio i gyflenwi pŵer trydanol o 1 i 10 kW a gellir eu ffurfweddu fel modiwlau cydgysylltiedig i systemau gyrru pŵer neu i gefnogi ymchwil, mwyngloddio neu gytrefi ar gyrff gofod estron.

Fel y gwyddoch, mae màs yn bwysig yn y gofod. pŵer adweithydd ni ddylai fod yn fwy na phwysau cerbyd cyffredin. Fel y gwyddom, er enghraifft, o sioe ddiweddar SpaceX Falcon Rocedi trwmnid yw lansio car i'r gofod yn broblem dechnegol ar hyn o bryd. Felly, mae'n hawdd gosod adweithyddion ysgafn mewn orbit o amgylch y Ddaear a thu hwnt.

2. XNUMX cilowat adweithydd KIlopower prototeip.

Mae roced gydag adweithydd yn codi gobeithion ac ofnau

Cyn Weinyddwr NASA Jim Bridenstine pwysleisiodd lawer gwaith manteision peiriannau thermol niwclear, gan ychwanegu y gallai mwy o bŵer mewn orbit o bosibl ganiatáu i gychod orbitol osgoi'n llwyddiannus pe bai arfau gwrth-loeren yn ymosod arnynt.

Adweithyddion mewn orbit gallent hefyd bweru laserau milwrol pwerus, sydd hefyd o ddiddordeb mawr i awdurdodau UDA. Fodd bynnag, cyn i injan roced niwclear hedfan am y tro cyntaf, rhaid i NASA newid ei gyfreithiau ynghylch cael deunyddiau niwclear i'r gofod. Os yw hyn yn wir, yna, yn ôl cynllun NASA, dylai'r daith gyntaf o injan niwclear ddigwydd yn 2024.

Fodd bynnag, mae'n ymddangos bod yr Unol Daleithiau yn neidio'n gyntaf ar ei phrosiectau niwclear, yn enwedig ar ôl i Rwsia gyhoeddi rhaglen ddegawd o hyd i adeiladu llong ofod sifil â phwer niwclear. Ar un adeg, nhw oedd yr arweinydd diamheuol ym maes technoleg y gofod.

Yn y 60au, roedd gan yr Unol Daleithiau brosiect ar gyfer taflegryn niwclear pwls-pwls Orion, a oedd i fod i fod mor bwerus fel y gallai ganiatáu symud dinasoedd cyfan i'r gofoda hyd yn oed hedfan â chriw i Alpha Centauri. Mae'r holl hen gyfresi ffantasi Americanaidd yna wedi bod ar y silff ers y 70au.

Fodd bynnag, mae'n bryd dileu'r hen gysyniad. injan niwclear yn y gofodyn bennaf oherwydd bod cystadleuwyr, yn yr achos hwn yn bennaf Rwsia, wedi dangos diddordeb mawr yn y dechnoleg hon yn ddiweddar. Gallai roced thermol niwclear dorri'r amser hedfan i'r blaned Mawrth yn ei hanner, efallai hyd yn oed i gant o ddiwrnodau, sy'n golygu bod gofodwyr yn defnyddio llai o adnoddau a llai o lwyth ymbelydredd ar y criw. Yn ogystal, fel y mae'n ymddangos, ni fydd dibyniaeth o'r fath ar "ffenestri", hynny yw, ymagwedd lluosog Mars at y Ddaear bob ychydig flynyddoedd.

Fodd bynnag, mae risg, sy'n cynnwys y ffaith y byddai'r adweithydd ar y llong yn ffynhonnell ychwanegol o ymbelydredd mewn sefyllfa lle mae gofod eisoes yn fygythiad enfawr o'r natur hwn. Nid dyna'r cyfan. Peiriant thermol niwclear ni ellir ei lansio yn atmosffer y Ddaear rhag ofn ffrwydrad a halogiad posibl. Felly, darperir rocedi arferol ar gyfer lansio. Felly, nid ydym yn hepgor y cam mwyaf costus sy'n gysylltiedig â lansio màs i orbit o'r Ddaear.

Prosiect ymchwil NASA o'r enw COED (Efelychydd Amgylcheddol Roced Thermol Niwclear) yn un enghraifft o ymdrechion NASA i fynd yn ôl at yriant niwclear. Yn 2017, cyn bod unrhyw sôn am ddychwelyd i'r dechnoleg, dyfarnodd NASA gontract tair blynedd, $ 19 miliwn i BWX Technologies i ddatblygu'r cydrannau tanwydd a'r adweithyddion sydd eu hangen ar gyfer adeiladu. injan niwclear. Un o gysyniadau gyriant niwclear gofod mwyaf newydd NASA yw Adweithydd Swarm-Probe ATEG, SPEAR(3), y disgwylir iddo ddefnyddio cymedrolwr adweithydd ysgafn newydd a generaduron thermodrydanol uwch (ATEGs) i leihau màs craidd cyffredinol yn sylweddol.

Bydd hyn yn gofyn am ostwng y tymheredd gweithredu a lleihau lefel pŵer cyffredinol y craidd. Fodd bynnag, bydd angen llai o bŵer gyrru ar gyfer y màs gostyngol, gan arwain at long ofod drydan fach, rad, wedi'i phweru gan niwclear.

3. Delweddu'r stiliwr a ddatblygwyd o fewn fframwaith y prosiect Adweithydd Galluogi ATEG Swarm-Probe.

Anatoly PerminovCyhoeddwyd hyn gan bennaeth Asiantaeth Ofod Ffederal Rwsia. yn datblygu llong ofod wedi'i phweru gan niwclear ar gyfer teithio dwfn i'r gofod, gan gynnig ei ddull gwreiddiol, ei hun. Cwblhawyd y dyluniad rhagarweiniol erbyn 2013, a bwriedir datblygu'r 9 mlynedd nesaf. Dylai'r system hon fod yn gyfuniad o gynhyrchu ynni niwclear gyda system gyrru ïon. Dylai nwy poeth ar 1500°C o'r adweithydd droi tyrbin sy'n troi generadur sy'n cynhyrchu trydan ar gyfer yr injan ïon.

Yn ôl Perminov, bydd yr ymgyrch yn gallu cefnogi taith â chriw i'r blaned Mawrtha gallai gofodwyr aros ar y Blaned Goch am 30 diwrnod diolch i ynni niwclear. Yn gyfan gwbl, byddai taith awyren i'r blaned Mawrth gydag injan niwclear a chyflymiad cyson yn cymryd chwe wythnos yn lle wyth mis, gan dybio bod gwthiad 300 gwaith yn fwy na gwthiad injan gemegol.

Fodd bynnag, nid yw popeth mor llyfn yn y rhaglen Rwseg. Ym mis Awst 2019, ffrwydrodd adweithydd yn Sarov, Rwsia ar lan y Môr Gwyn, a oedd yn rhan o injan roced ym Môr y Baltig. tanwydd hylifol. Nid yw'n hysbys a yw'r trychineb hwn yn gysylltiedig â rhaglen ymchwil gyriant niwclear Rwseg a ddisgrifir uchod.

Yn ddiamau, fodd bynnag, elfen o gystadleuaeth rhwng yr Unol Daleithiau a Rwsia, ac o bosibl Tsieina ar lawr gwlad defnydd o ynni niwclear yn y gofod yn rhoi hwb cyflymu cryf i ymchwil.