Sacensība par kodolenerģiju uz Mēness beidzot kļūst reāla

20. gadsimta vidū pasaule uzskatīja kodolenerģiju par galīgo atbildi uz visām enerģētikas problēmām, sākot no sadzīves tehnikas un beidzot ar pilsētas mēroga tīkliem. Lai gan zinātniskās fantastikas atomu putekļsūcēji tā arī neparādījās, sapnis par kodoldzinēju izpēti palika dzīvs laboratoriju pētījumu fonā. Šodien šie pētījumi virzās uz palaišanas laukumu. Nesenais nolīgums starp NASA un ASV Enerģētikas departamentu (DOE) iezīmē pāreju no eksperimentālās fizikas uz rūpniecisko infrastruktūru. Parakstot memorandu ar nosaukumu "Amerikas līderpozīciju paātrināšana kosmosa kodolenerģijas un dzinējspēka jomā" (Accelerating American Leadership in Space Nuclear Power and Propulsion), NASA administrators Džareds Aizekmens un enerģētikas sekretārs Kriss Raits ir apņēmušies ievērot konkrētu grafiku reaktora izvietošanai uz Mēness virsmas.

Vēsturiski kosmosa aģentūras paļāvās uz saules paneļiem un ķīmiskajām baterijām, lai nodrošinātu savu mašīnu darbību. Tas labi darbojas satelītiem orbītā vai roveriem saulainos Marsa līdzenumos, taču nespēj apmierināt pastāvīgas cilvēku klātbūtnes vajadzības. Jaunais darījums koncentrējas uz divām galvenajām tehnoloģijām: kodolu dalīšanos lieljaudas enerģijai un radioizotopu sistēmām maigam siltumam. Raugoties uz kopējo ainu, runa nav tikai par karoga iespraušanu. Runa ir par elektrotīkla izveidi vietā, kur saule noriet uz 14 dienām vienlaikus.

Kāpēc saules enerģija uz Mēness virsmas cieš neveiksmi

Vidusmēra lietotājam saules enerģija šķiet neierobežots resurss. Uz Zemes mums ir atmosfēra, kas izkliedē gaismu, un salīdzinoši īss nakts cikls. Mēness ir citāds. Viena Mēness nakts ilgst aptuveni 354 stundas. Ja astronauts ir atkarīgs no saules paneļiem, viņam ir jāņem līdzi arī masīvas, smagas baterijas, lai uzglabātu divu nedēļu elektroenerģijas krājumus. Tas piešķir ievērojamu svaru raķetei, un kosmosa lidojumos svars ir galvenais izmaksu virzītājspēks.

Papildus tumsai pie Mēness poliem ir pastāvīgi noēnoti reģioni. Šajās vietās atrodas ūdens ledus, kas ir vērtīgākais resurss nākotnes degvielas ražošanai. Saules paneļi šajos tumšajos krāteros ir bezjēdzīgi. Kodolu dalīšanās reaktori atrisina šo problēmu, nodrošinot pastāvīgu, paredzamu elektroenerģijas plūsmu neatkarīgi no diennakts laika vai atrašanās vietas. Būtībā reaktors ir augstas jaudas krāsns, kuras darbībai nav nepieciešams skābeklis vai saules gaisma. Tas ļauj Mēness bāzei darboties ar tādu pašu uzticamību kā mazai pilsētai uz Zemes.

Ceļvedis projektam Space Reactor-1 Freedom

Šī jaunā nolīguma pamatā ir konkrēts projekts, kas pazīstams kā Space Reactor-1 Freedom (SR-1). Plānots, ka SR-1 tiks palaists 2028. gadā, un tas ir pirmais nozīmīgais solis, lai pārvietotu kodoldzinējus no teorijas uz lidojumu. Šī misija kalpos kā izmēģinājumu poligons tehnoloģijām, kas galu galā nogādās cilvēkus uz Marsu. Ķīmiskās raķetes ir lieliskas, lai paceltos no zemes, taču tās ir neefektīvas tāliem ceļojumiem cauri Saules sistēmai. Kodoltermiskie dzinēji varētu uz pusi samazināt ceļojuma laiku uz Marsu, kas samazina apkalpes pakļaušanu radiācijai.

Pēc SR-1 misijas aģentūras plāno izvietot Lunar Reactor-1 (LR-1). Tā ir kodolu dalīšanās virsmas enerģijas sistēma, kas paredzēta 40 kilovatu elektroenerģijas nodrošināšanai — ar to pietiek, lai apgādātu vairākas mājsaimniecības vai sarežģītu zinātnisko posteni. 2030. gada mērķis palaišanai gatavam reaktoram ir ambiciozs, taču tas saskan ar plašākiem centieniem izveidot vietējo kodolkosmosa rūpniecisko bāzi. Standartizējot šos projektus jau tagad, valdība izveido paraugu, ko privātie uzņēmumi galu galā varēs izmantot savas Mēness aparatūras būvniecībai.

Kā dalīšanās atšķiras no radioizotopu enerģijas

Ir lietderīgi nošķirt divus kodoltehnoloģiju veidus, kas minēti NASA un DOE darījumā. Dalīšanās ir process, ko izmanto spēkstacijās uz Zemes. Tas ietver atomu šķelšanu, lai radītu milzīgu siltuma daudzumu, kas pēc tam tiek pārvērsts elektroenerģijā. Tas ir tas, kas darbinās biotopus un roverus. Otra tehnoloģija, radioizotopu enerģija, vairāk līdzinās ļoti ilgmūžīgai, siltai baterijai.

NASA gadu desmitiem ir izmantojusi daudzmērķu radioizotopu termoelektriskos ģeneratorus (MMRTG) tādās misijās kā Voyager un Curiosity. Šīs sistēmas izmanto plutonija-238 dabisko sabrukšanu, lai ģenerētu nelielu daudzumu pastāvīgas elektroenerģijas un siltuma. Gaidāmā Dragonfly misija uz Saturna pavadoni Titānu izmantos šo tehnoloģiju, lai saglabātu siltumu pasaulē, kur temperatūra ir -290 grādi pēc Fārenheita. Kamēr dalīšanās nodrošina jaudu smagajai rūpniecībai, radioizotopu vienības nodrošina siltumu, kas neļauj smalkajai elektronikai sasalt dziļajā kosmosa aukstumā.

Iekšzemes kodolenerģijas piegādes ķēdes stiprināšana

Akciju tirgus bieži uzskata kosmosu par spekulatīvu rotaļu laukumu, taču DOE iesaistīšanās norāda uz fokusu uz smago rūpniecību kā mūsdienu dzīves neredzamo mugurkaulu. Šiem reaktoriem nepieciešamo specifisko degvielas veidu ražošanai ir vajadzīgas specializētas iekārtas, kas gadiem ilgi nav pastāvējušas plašā mērogā. Jaunais nolīgums koordinē degvielas ražošanu un testēšanu starp abām aģentūrām, lai nodrošinātu piegādes ķēdes noturību.

Praktiski tas nozīmē, ka ASV no jauna investē augstas pakāpes zemu bagātināta urāna (HALEU) ražošanā. Šī degviela ir nepieciešama gan kosmosa reaktoriem, gan nākamās paaudzes mazajiem modulārajiem reaktoriem (SMR), kas tiek izstrādāti lietošanai uz Zemes. Rezultātā Mēness vajadzībām paveiktais darbs, visticamāk, samazinās tehniskos šķēršļus tīras enerģijas projektiem attālās sauszemes vietās. Investīcijas kosmosa kodoltehnoloģijās darbojas kā katalizators sauszemes rūpniecības modernizācijai.

Drošības standarti jaunajā atomu laikmetā

Sabiedrības priekšstatu par kodoltehnoloģijām bieži veido vēsturiski negadījumi, taču drošības prasības kosmosā bāzētiem reaktoriem ir unikālas. Šīs sistēmas ir izstrādātas tā, lai palaišanas fāzē tās būtu dīkstāvē un nebūtu radioaktīvas. Reaktors aktivizējas tikai tad, kad tas ir sasniedzis drošu orbītu vai Mēness virsmu. Tas nodrošina, ka pat palaišanas kļūmes gadījumā nepastāv kodolpiesārņojuma risks.

NASA un DOE koordinē palaišanas integrāciju un testēšanu, lai atbilstu stingriem standartiem. Mērķis ir izveidot racionalizētu apstiprināšanas procesu kodolenerģijas palaišanai, vienlaikus saglabājot pārredzamu drošības vēsturi. Tā kā šie reaktori darbojas vakuumā, tie izmanto citas dzesēšanas metodes nekā uz Zemes bāzētās stacijas. Tie bieži izmanto šķidros metālus vai gāzi siltuma pārvietošanai — šāda konstrukcijas izvēle padara tos vienkāršākus un mazāk pakļautus ar spiedienu saistītām problēmām, kas raksturīgas ar ūdeni dzesējamām sistēmām.

Ko tas nozīmē ikdienas patērētājam

No pirmā acu uzmetiena kodolreaktors uz Mēness šķiet tālu no ikdienas dzīves. Tomēr kosmosa izpētes vēsture rāda, ka infrastruktūras sasniegumi galu galā nonāk līdz patērētāju līmenim. Kompaktu, uzticamu kodolu dalīšanās reaktoru izstrāde, visticamāk, paātrinās mazo modulāro reaktoru ieviešanu šeit uz Zemes. Tie galu galā varētu nodrošināt ar bezoglekļa enerģiju datu centrus, attālas ieguves operācijas vai pat mazas pilsētas.

Tirgus pusē šis darījums signalizē par ilgtermiņa apņemšanos attīstīt kosmosa ekonomiku. Samazinoties enerģijas izmaksām uz Mēness, samazinās arī zinātnisko datu un potenciālās resursu ieguves izmaksas. Raugoties plašāk, mēs redzam kosmosa pāreju no vietas, kuru mēs apmeklējam, uz vietu, kur mēs strādājam. Būtība ir tāda, ka enerģija ir galvenais cilvēka darbības ierobežojums. Atrisinot enerģijas problēmu uz Mēness, NASA un DOE novērš lielāko šķērsli daudzplanetārai ekonomikai.

Galu galā pāreja uz "Kodolenerģijas NASA" ēru ir pragmatiska atbilde uz saules enerģijas un ķīmiskās degvielas ierobežojumiem. Tā vietā, lai gaidītu izrāvienu bateriju ķīmijā, kas varētu arī nenotikt, aģentūras izmanto energoietilpīgāko zinātnei zināmo degvielu. Šis solis nodrošina, ka tad, kad cilvēki atgriezīsies uz Mēness, viņiem būs enerģija, lai tur paliktu.

Avoti:

• NASA paziņojums presei: NASA and DOE Sign Memorandum of Understanding on Space Nuclear Power
• Enerģētikas departaments: Office of Nuclear Energy Progress Report
• NASA Space Reactor-1 Freedom misijas pārskats: NASA Space Reactor-1 Freedom Mission Overview
• Zinātne: Science: A Golden Age Summit Proceedings
• Dragonfly misijas faktu lapa: Dragonfly Mission Fact Sheet