Միջուկային էներգիան տիեզերքում. Ատոմային արագացման իմպուլսներ
Պարունակություն
Միջուկային էներգիայի օգտագործման գաղափարները տիեզերանավերը մղելու և ապագա այլմոլորակային բազաներում կամ բնակավայրերում օգտագործելու համար նորություն չեն: Վերջերս դրանք նոր ալիքի մեջ են հայտնվել, և քանի որ դառնում են մեծ ուժերի մրցակցության դաշտ, դրանց իրականացումն ավելի հավանական է դառնում։
ՆԱՍԱ-ն և ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարությունը սկսել են որոնումներ դիլերային ընկերությունների միջև Լուսնի և Մարսի վրա ատոմակայանների նախագծերը. Սա պետք է աջակցի երկարաժամկետ հետազոտական և, գուցե, նույնիսկ բնակավայրերի նախագծերին: ՆԱՍԱ-ի նպատակն է մինչև 2026 թվականն այն պատրաստ լինի գործարկմանը: Գործարանը պետք է ամբողջությամբ արտադրվի և հավաքվի Երկրի վրա, այնուհետև փորձարկվի անվտանգության համար:
Էնթոնի ԿալոմինոԱյս մասին ասել է Տիեզերական տեխնոլոգիաների վարչության NASA-ի միջուկային տեխնոլոգիաների տնօրենը Ծրագրով նախատեսվում է մշակել XNUMX կՎտ հզորությամբ միջուկային տրոհման համակարգ, որն ի վերջո կգործարկվի և կտեղադրվի Լուսնի վրա։ (1). Այն պետք է ինտեգրված լինի լուսնային վայրէջքի հետ, և ուժեղացուցիչը այն կտանի լուսնի ուղեծիր. Բեռնիչ ապա դուրս բերեք համակարգը մակերեսին:
Ակնկալվում է, որ տեղ հասնելուն պես այն անմիջապես պատրաստ կլինի շահագործման՝ առանց լրացուցիչ հավաքման կամ շինարարության անհրաժեշտության: Գործողությունը հնարավորությունների ցուցադրումն է և կլինի լուծման և ածանցյալների օգտագործման մեկնարկային կետը:
«Երբ տեխնոլոգիան վավերացվի ցուցադրման ժամանակ, ապագա համակարգերը կարող են մեծացվել կամ մի քանի սարքեր կարող են օգտագործվել միասին երկարաժամկետ առաքելությունների համար դեպի Լուսին և, հնարավոր է, Մարս», - բացատրեց Կալոմինոն CNBC-ում: «Չորս ագրեգատները, որոնցից յուրաքանչյուրը արտադրում է 10 կվտ էլեկտրաէներգիա, կապահովի բավարար հզորություն Լուսնի կամ Մարսի վրա ֆորպոստ ստեղծելը.
Մոլորակների մակերևույթի վրա մեծ քանակությամբ էլեկտրաէներգիա ստեղծելու ունակությունը՝ օգտագործելով ցամաքային տրոհման համակարգը, թույլ կտա լայնածավալ հետազոտություններ, մարդկային ֆորպոստներ և ռեսուրսների օգտագործում տեղում՝ միաժամանակ թույլ տալով առևտրայնացման հնարավորությունը»:
Ինչպե՞ս այն կաշխատի ատոմակայան? Մի փոքր հարստացված ձև միջուկային վառելիք ստիպել սերը միջուկային միջուկ. Փոքր միջուկային ռեակտոր այն կառաջացնի ջերմություն, որը կփոխանցվի էլեկտրաէներգիայի փոխակերպման համակարգին։ Էլեկտրաէներգիայի փոխակերպման համակարգը բաղկացած կլինի շարժիչներից, որոնք նախատեսված են ոչ թե այրվող վառելիքի, այլ ռեակտորի ջերմությամբ աշխատելու համար: Այս շարժիչներն օգտագործում են ջերմություն, այն վերածում էլեկտրաէներգիայի, որը պայմանավորված և բաշխվում է Լուսնի և Մարսի մակերևույթի օգտատերերի սարքավորումներին։ Ջերմության ցրման մեթոդը կարևոր է սարքերի պատշաճ աշխատանքային ջերմաստիճանը պահպանելու համար:
Միջուկային էներգիա այժմ համարվում է միակ ողջամիտ այլընտրանքը, որտեղ արևային էներգիա, քամու և հիդրոէներգիայի մատչելի չեն: Օրինակ՝ Մարսում արեգակի ուժգնությունը էապես տարբերվում է եղանակներին համապատասխան, և պարբերական փոշու փոթորիկները կարող են տևել ամիսներ։
Լուսնի վրա սառը լուսնային գիշերը տևում է 14 օր, արևի լույսը շատ է տատանվում բևեռների մոտ և բացակայում է մշտապես ստվերված խառնարաններից: Նման դժվարին պայմաններում արեւի լույսից էներգիա ստանալը դժվար է, իսկ վառելիքի պաշարները՝ սահմանափակ։ Մակերեւութային տրոհման էներգիան առաջարկում է հեշտ, հուսալի և արդյունավետ լուծում:
Ի տարբերություն վերգետնյա ռեակտորներվառելիքը հանելու կամ փոխարինելու մտադրություն չկա: 10-ամյա առաքելության ավարտին կա նաև օբյեկտի անվտանգ շահագործումից հանելու ծրագիր։ «Ծառայության ժամկետի ավարտից հետո համակարգը կանջատվի, և ճառագայթման մակարդակը աստիճանաբար կնվազի այն մակարդակի, որն անվտանգ է մարդկանց մուտքի և շահագործման համար», - բացատրեց Կալոմինոն: «Թափոնների համակարգերը կարող են տեղափոխվել հեռավոր պահեստավորման վայր, որտեղ դրանք չեն վտանգի անձնակազմին կամ շրջակա միջավայրին»:
Փոքր, թեթև, բայց արդյունավետ ռեակտոր, որը մեծ պահանջարկ ունի
Քանի որ տիեզերական հետազոտությունները զարգանում են, մենք արդեն բավականին լավ ենք անում միջուկային էներգիայի արտադրության համակարգեր փոքր մասշտաբով: Նման համակարգերը երկար ժամանակ սնուցում են անօդաչու տիեզերանավերը, որոնք ճանապարհորդում են Արեգակնային համակարգի հեռավոր ծայրերը:
2019 թվականին միջուկային էներգիայով աշխատող New Horizons տիեզերանավը թռավ մոտ տարածությունից երբևէ տեսած ամենահեռավոր օբյեկտի՝ Ուլտիմա Թուլեի միջով, Պլուտոնից շատ հեռու՝ Կոյպերի գոտի կոչվող տարածաշրջանում: Նա չէր կարող դա անել առանց միջուկային էներգիայի: Արեգակնային էներգիան բավարար ուժով հասանելի չէ Մարսի ուղեծրից դուրս: Քիմիական աղբյուրները երկար չեն գոյատևում, քանի որ դրանց էներգիայի խտությունը չափազանց ցածր է, իսկ զանգվածը՝ չափազանց մեծ։
Օգտագործվում է հեռահար առաքելություններում ռադիոջերմային գեներատորներ (RTG) օգտագործում է պլուտոնիումի 238Pu իզոտոպը, որն իդեալական է բնական ռադիոակտիվ քայքայման արդյունքում մշտական ջերմություն առաջացնելու համար՝ արտանետելով ալֆա մասնիկներ, որոնք այնուհետև վերածվում են էլեկտրականության: Նրա 88 տարվա կիսամյակը նշանակում է, որ այն կծառայի երկարաժամկետ առաքելության: Այնուամենայնիվ, RTG-ները չեն կարող ապահովել երկարաժամկետ առաքելությունների, ավելի զանգվածային նավերի համար պահանջվող բարձր հատուկ հզորությունը, էլ չեմ խոսում այլմոլորակային բազաների մասին:
Օրինակ՝ հետախուզական ներկայության և, հնարավոր է, Մարսի կամ Լուսնի վրա բնակավայրի համար լուծում կարող են լինել փոքր ռեակտորների նախագծերը, որոնք ՆԱՍԱ-ն փորձարկում է արդեն մի քանի տարի: Այս սարքերը հայտնի են որպես Kilopower տրոհման էներգետիկ նախագիծ (2), նախագծված են 1-ից մինչև 10 կՎտ էլեկտրաէներգիա մատակարարելու համար և կարող են կազմաձևվել որպես համակարգված մոդուլներ շարժիչային համակարգերի սնուցման կամ օտար տիեզերական մարմինների վրա հետազոտությունների, հանքարդյունաբերության կամ գաղութների համար:
Ինչպես գիտեք, զանգվածը նշանակություն ունի տարածության մեջ: ռեակտորի հզորությունը այն չպետք է գերազանցի միջին մեքենայի քաշը: Ինչպես գիտենք, օրինակ, վերջերս մի շոուից SpaceX Falcon Heavy հրթիռներՏիեզերք մեքենա արձակելը ներկայումս տեխնիկական խնդիր չէ։ Այսպիսով, լույսի ռեակտորները կարող են հեշտությամբ տեղադրվել Երկրի շուրջ և դրանից դուրս ուղեծրում:
2. XNUMX կիլովատ KIlopower ռեակտորի նախատիպ:
Ռեակտորով հրթիռը հույսեր ու մտավախություններ է առաջացնում
ՆԱՍԱ-ի նախկին ադմինիստրատոր Ջիմ Բրայդենսթայն նա բազմիցս ընդգծել է միջուկային ջերմային շարժիչների առավելությունները, հավելելով, որ ավելի շատ ուժ ուղեծրում կարող է պոտենցիալ թույլ տալ ուղեծրային նավին հաջողությամբ խուսափել հակաարբանյակային զենքի հարձակման դեպքում:
Ռեակտորներ ուղեծրում դրանք կարող են նաև հզոր ռազմական լազերներ սնուցել, ինչը նույնպես մեծ հետաքրքրություն է ներկայացնում ԱՄՆ իշխանությունների համար: Այնուամենայնիվ, մինչև միջուկային հրթիռային շարժիչը կատարի իր առաջին թռիչքը, NASA-ն պետք է փոխի իր օրենքները միջուկային նյութերը տիեզերք տեղափոխելու վերաբերյալ: Եթե դա ճիշտ է, ապա, ՆԱՍԱ-ի պլանի համաձայն, միջուկային շարժիչի առաջին թռիչքը պետք է իրականացվի 2024 թվականին։
Այնուամենայնիվ, կարծես թե ԱՄՆ-ն սկսում է իր միջուկային նախագծերը, հատկապես այն բանից հետո, երբ Ռուսաստանը հայտարարեց միջուկային էներգիայով քաղաքացիական տիեզերանավ ստեղծելու տասնամյա ծրագրի մասին: Նրանք ժամանակին տիեզերական տեխնոլոգիաների անվիճելի առաջատարն էին:
60-ականներին ԱՄՆ-ն ուներ Orion զարկերակային միջուկային հրթիռի նախագիծ, որը պետք է այնքան հզոր լիներ, որ թույլ տա. տեղափոխելով ամբողջ քաղաքներ տիեզերքև նույնիսկ ինքնաթիռով թռչել Ալֆա Կենտավրոս: Բոլոր այդ հին ֆանտաստիկ ամերիկյան սերիալները դարակում են 70-ականներից:
Այնուամենայնիվ, ժամանակն է մաքրել հին հայեցակարգը: միջուկային շարժիչ տիեզերքումհիմնականում այն պատճառով, որ մրցակիցները, այս դեպքում՝ հիմնականում Ռուսաստանը, վերջերս մեծ հետաքրքրություն են ցուցաբերել այս տեխնոլոգիայի նկատմամբ։ Միջուկային ջերմային հրթիռը կարող է կիսով չափ կրճատել դեպի Մարս թռիչքի ժամանակը, գուցե նույնիսկ մինչև XNUMX օր, ինչը նշանակում է, որ տիեզերագնացները սպառում են ավելի քիչ ռեսուրսներ և ավելի քիչ ճառագայթային բեռ անձնակազմի վրա: Բացի այդ, ինչպես երեւում է, նման կախվածություն չի լինի «պատուհաններից», այսինքն՝ Մարսի կրկնվող մոտեցումը Երկրին մի քանի տարին մեկ։
Այնուամենայնիվ, կա ռիսկ, որը ներառում է այն փաստը, որ ինքնաթիռի ռեակտորը կլինի լրացուցիչ ճառագայթման աղբյուր այն իրավիճակում, երբ տիեզերքն արդեն կրում է նման բնույթի հսկայական վտանգ: Սա դեռ ամենը չէ: Միջուկային ջերմային շարժիչ այն չի կարող գործարկվել Երկրի մթնոլորտում՝ հնարավոր պայթյունի և աղտոտման վախից: Ուստի արձակման համար նախատեսված են նորմալ հրթիռներ։ Հետևաբար, մենք չենք շրջանցում ամենաթանկ փուլը, որը կապված է Երկրից զանգվածի ուղեծիր դուրս գալու հետ:
ՆԱՍԱ-ի հետազոտական նախագիծը կոչ է արել ԾԱՌԵՐ (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator) միջուկային շարժիչին վերադառնալու ՆԱՍԱ-ի ջանքերի օրինակներից մեկն է: 2017 թվականին, նախքան տեխնոլոգիային վերադառնալու մասին որևէ խոսակցություն, ՆԱՍԱ-ն BWX Technologies-ին եռամյա պայմանագիր է տվել՝ 19 միլիոն դոլար արժողությամբ շինարարության համար անհրաժեշտ վառելիքի բաղադրիչներն ու ռեակտորները մշակելու համար: միջուկային շարժիչ. ՆԱՍԱ-ի տիեզերական միջուկային շարժիչի նորագույն գաղափարներից մեկը Swarm-Probe ATEG Reactor-ն է, SPEAR(3), որն ակնկալվում է օգտագործել նոր թեթև ռեակտորի մոդերատոր և առաջադեմ ջերմաէլեկտրական գեներատորներ (ATEGs)՝ էականորեն նվազեցնելու միջուկի ընդհանուր զանգվածը:
Սա կպահանջի իջեցնել աշխատանքային ջերմաստիճանը և նվազեցնել միջուկի ընդհանուր հզորության մակարդակը: Այնուամենայնիվ, կրճատված զանգվածը կպահանջի ավելի քիչ շարժիչ ուժ, ինչի արդյունքում կստեղծվի փոքր, էժան միջուկային էներգիայով աշխատող էլեկտրական տիեզերանավ:
3. Զոնդի պատկերացում, որը մշակվել է Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor նախագծի շրջանակներում:
Անատոլի ՊերմինովԱյս մասին հայտարարել է Ռուսաստանի Դաշնային տիեզերական գործակալության ղեկավարը։ կմշակի միջուկային էներգիայով աշխատող տիեզերանավ՝ խորը տիեզերք ճանապարհորդելու համար, առաջարկելով իր սեփական, օրիգինալ մոտեցումը։ Նախնական նախագիծն ավարտվել է մինչև 2013 թվականը, և նախատեսվում է մշակել հաջորդ 9 տարին։ Այս համակարգը պետք է լինի միջուկային էներգիայի արտադրության համակցություն իոնային շարժիչ համակարգի հետ: Տաք գազը ռեակտորից 1500°C ջերմաստիճանում պետք է պտտվի տուրբին, որը պտտում է գեներատոր, որը էլեկտրաէներգիա է արտադրում իոնային շարժիչի համար:
Պերմինովի խոսքով. շարժիչը կկարողանա աջակցել դեպի Մարս մարդատար առաքելությունըիսկ տիեզերագնացները կարող էին Կարմիր մոլորակի վրա մնալ 30 օր միջուկային էներգիայի շնորհիվ: Ընդհանուր առմամբ, միջուկային շարժիչով և մշտական արագացմամբ դեպի Մարս թռիչքը ութ ամսվա փոխարեն կպահանջի վեց շաբաթ՝ ենթադրելով քիմիական շարժիչի մղում 300 անգամ ավելի մեծ:
Սակայն ռուսական ծրագրում ամեն ինչ այնքան էլ հարթ չէ։ 2019 թվականի օգոստոսին Ռուսաստանի Սարով քաղաքում՝ Սպիտակ ծովի ափին, ռեակտոր էր պայթել, որը Բալթիկ ծովում հրթիռային շարժիչի մի մասն էր։ հեղուկ վառելիք. Հայտնի չէ, թե արդյոք այս աղետը կապված է վերը նկարագրված ռուսական միջուկային շարժիչի հետազոտական ծրագրի հետ։
Այնուամենայնիվ, անկասկած, մրցակցության տարր է ԱՄՆ-ի և Ռուսաստանի, և, հնարավոր է, տեղում Չինաստանի միջև. միջուկային էներգիայի օգտագործումը տիեզերքում հետազոտությանը տալիս է ուժեղ արագացնող խթան:
