211service.com
Lunární jaderný reaktor
Výzkumníci z NASA a ministerstva energetiky nedávno testovali klíčové technologie pro vývoj jaderného štěpného reaktoru, který by mohl pohánět lidskou základnu na Měsíci nebo Marsu. Testy dokazují, že agentury by mohly vybudovat bezpečný, spolehlivý a účinný systém do roku 2020, tedy roku, kdy NASA plánuje návrat lidí na Měsíc.
Generující výkon: Jednotka pro přeměnu energie sestávající ze dvou Stirlingových motorů, které sedí proti sobě, je připravena k testování v Marshall Space Flight Center NASA. Čerpaný tekutý kov slouží k přenosu tepla z reaktoru do motorů, kde se přeměňuje na elektřinu.
Štěpný reaktor funguje tak, že štěpí atomy a uvolňuje energii ve formě tepla, které se přeměňuje na elektřinu. Myšlenka na využití jaderné energie ve vesmíru pochází z konce 50. let 20. století, kdy se uvažovalo o tom, že by mohly poskytovat pohon prostřednictvím projektu Orion. V 60. letech 20. století vyvinula NASA pod vedením NASA řadu kompaktních experimentálních vesmírných jaderných reaktorů Systémy jaderné pomocné energie program. Ale obavy o veřejnou bezpečnost a mezinárodní smlouva zakazující jaderné zbraně ve vesmíru zastavily vývoj.
Nyní se uvažuje o jaderné energii pro mise na Měsíc a Mars, protože na rozdíl od alternativ, jako je solární energie, může poskytovat konstantní energii, což je nezbytnost pro systémy podpory lidského života, dobíjení roverů a těžbu zdrojů. Solární energetické systémy by také vyžadovaly použití zařízení pro ukládání energie, jako jsou baterie nebo palivové články, čímž by se do systému přidala nežádoucí hmota. Sluneční energie je dále omezena, protože Měsíc je tmavý až 14 dní v kuse a má hluboké krátery, které mohou zastínit Slunce. Mars je dále od Slunce než Země nebo Měsíc, takže zde lze získat méně sluneční energie.
Nový jaderný energetický systém je součástí projektu NASA zahájeného v roce 2006, tzv Štěpná povrchová síla , která zkoumá malé reaktory navržené pro použití na jiných planetách. Zatímco jaderná energie zůstává kontroverzní, výzkumníci tvrdí, že reaktor by byl navržen tak, aby byl zcela bezpečný a byl by pohřben v bezpečné vzdálenosti od astronautů, aby je chránil před radiací, kterou by vytvořil.
Nedávné testy zkoumaly technologie, které by viděly jaderný reaktor spojený se Stirlingovým motorem schopným produkovat 40 kilowattů energie – dostačující k napájení budoucí základny na Měsíci nebo Marsu.
Nebudujeme systém, který potřebuje stovky gigawattů energie jako ty, které vyrábějí elektřinu pro naše města, říká Don Palac, projektový manažer NASA. Glennovo výzkumné centrum v Clevelandu, OH. Systém musí být levný, bezpečný a robustní a naše nedávné testy ukázaly, že jej můžeme úspěšně postavit, říká Palac.
K výrobě elektřiny použili vědci tekutý kov k přenosu tepla z reaktoru do Stirlingova motoru, který využívá tlak plynu k přeměně tepla na energii potřebnou k výrobě elektřiny. Pro testy vědci použili nejaderný zdroj tepla. Tekutý kov byla směs sodíku a draslíku, která se v minulosti používala k přenosu tepla z reaktoru do generátoru, říká Palac, ale je to poprvé, co byla tato směs použita se Stirlingovým motorem.
Jsou velmi účinné a robustní a věříme, že [to] vydrží bez dozoru osm let, říká Lee Mason, hlavní řešitel projektu v Glennu. Systém fungoval lépe, než se očekávalo, říká Palac, generuje 2,3 kilowattu energie stabilním tempem.
Vychladnout: Marc Gibson, testovací inženýr NASA, kontroluje panel chladiče používaný k chlazení štěpného energetického systému, který je testován v Glenn Research Center. Panel je šest stop krát devět stop. Pro plnohodnotný systém by bylo potřeba dvacet takových radiátorů.
Výzkumníci také vyvinuli lehký radiátorový panel pro chlazení systému a odvádění tepla z reaktoru. Prototypový panel je přibližně šest stop krát devět stop – jedna dvacetina velikosti potřebné pro plnohodnotný systém. Teplo ze systému vodního chlazení cirkuluje do radiátoru, kde se rozptýlí.
Výzkumníci testovali panel radiátoru ve vakuové komoře v Glennu, která kopíruje nedostatek atmosféry a extrémní teploty na Měsíci – od více než 100 stupňů Celsia během dne až po méně než 100 stupňů Celsia v noci. Panel rozptýlil šest kilowattů energie, více, než se očekávalo – velmi úspěšný test, říká Palac. Na Měsíci musí panel také přežít prašné prostředí způsobené regolitem.
Nakonec výzkumníci testovali výkon Stirlingova alternátoru v radiačním prostředí při Sandia National Laboratories v Albuquerque, NM. Cílem bylo otestovat výkon motoru a zajistit, že materiály nebudou degradovat. Alternátor byl vystaven 20násobku radiace, kterou by očekával, že uvidí za svůj život, a přežil bez výraznějších problémů.
Mason říká, že testy jsou velmi důležité pro prokázání proveditelnosti systému a že dalším krokem je, aby výzkumníci provedli úplnou demonstraci systému, a to kombinací simulátoru nejaderného reaktoru se Stirlingovým motorem a panelem chladiče. Říká, že tyto testy by měly být dokončeny v roce 2014.
Výzkumníci také pracují na přenosu energie a elektronice systému. Lunární základna potřebuje spoustu energie pro věci, jako jsou počítače, podpora života a zahřívání kamenů, aby se dostaly ven zdroje, jako je kyslík a vodík, říká Ross Radel, starší člen technického personálu a součást skupiny pro pokročilé jaderné koncepty ve společnosti Sandia. . Jeho skupina pracuje na systémové dynamické analýze, počítačovém modelu, který předpovídá, jak bude reaktor fungovat během testování. Jaderná energie je odrazovým můstkem k dalšímu pokroku v průzkumu vesmíru s lidskou posádkou, říká Radel.
Je to fascinující projekt a jediný možný způsob, jak zajistit energii pro pilotovanou cestu na Mars, říká Daniel Hollenbach, výzkumník v divizi jaderné vědy a technologie v Oak Ridge National Laboratory, který se na projektu nepodílel.
Mason říká, že jaderné štěpení je jedním z mnoha konceptů, které se testují jako zdroj energie pro lidské mise na Měsíc a Mars, a pokud bude vybrán, říká, že technologie by mohla být nasazena do roku 2020.