宇宙の核エネルギー。 原子加速インパルス
核エネルギーを宇宙船の推進に使用し、将来の地球外基地や居住地に使用するというアイデアは新しいものではありません。 最近では新たな波が到来しており、大国抗争の場となるにつれ、実現の可能性が高まっている。
NASAと米国エネルギー省はディーラー企業間で調査を開始 月と火星の原子力発電所プロジェクト。 これは長期的な研究、そしておそらくは定住プロジェクトさえもサポートするはずです。 NASAの目標は、2026年までに打ち上げの準備を整えることだ。 プラントは地球上で完全に製造および組み立てされてから、安全性をテストする必要があります。
アンソニー・カロミノ, NASA宇宙技術局の原子力技術責任者はこう語った。 この計画は、最終的には月に打ち上げられて設置されるXNUMXキロワットの核分裂システムを開発することである。 (1)。 それは月着陸船と統合されなければならず、ブースターはそれを月着陸船に連れて行きます 月の軌道. ローダ それからシステムを表面化させます。
現場に到着すると、追加の組み立てや建設を必要とせず、すぐに使用できる状態になることが期待されます。 この操作は可能性を実証するものであり、ソリューションとその派生製品を使用するための出発点となります。
「デモンストレーション中に技術が検証されれば、将来のシステムをスケールアップしたり、月やおそらく火星への長期ミッションのために複数のデバイスを一緒に使用したりすることができます」とカロミノ氏はCNBCで説明した。 「それぞれ 10 キロワットの電力を生成する XNUMX つのユニットで、十分な電力を供給できます。 月や火星に前哨基地を設置する.
地上の核分裂システムを使用して惑星の表面で大量の電力を生成する能力は、商業化の可能性を考慮しながら、大規模な研究、人類の前哨基地、およびその場での資源の利用を可能にするでしょう。」
仕組み 原子力発電所? 少しリッチなフォルム 核燃料 意志力 核心。 小さい 原子炉 熱が発生し、電力変換システムに伝達されます。 電力変換システムは、可燃性燃料ではなく原子炉の熱で作動するように設計されたエンジンで構成されます。 これらのエンジンは熱を使用して電気に変換し、その電気が調整されて月や火星の表面にあるユーザーの機器に分配されます。 熱放散方法は、デバイスの適切な動作温度を維持するために重要です。
原子力 現在では、唯一の合理的な代替案とみなされています。 太陽光エネルギー, 風力と水力 すぐには入手できません。 たとえば火星では、太陽の強さは季節によって大きく異なり、定期的な砂嵐が何か月も続くこともあります。
月の上で 冷たい月 夜は14日間続き、太陽の光は極付近で大きく変化し、永久に影に覆われたクレーターでは変化しません。 このような困難な状況では、太陽光からエネルギーを得ることが難しく、燃料供給も限られています。 表面核分裂エネルギーは、簡単で信頼性の高い効率的なソリューションを提供します。
とは異なり、 地上炉燃料を取り外したり交換したりするつもりはありません。 10年間の任務の終了時には、施設を安全に廃止する計画もある。 「耐用年数が終了すると、システムはオフになり、放射線レベルは人間のアクセスや操作に安全なレベルまで徐々に低下します」とカロミノ氏は説明しました。 「廃棄物システムは、作業員や環境を危険にさらさない遠隔の保管場所に移動できます。」
小型、軽量でありながら効率的なリアクター、需要が高い
宇宙探査が発展するにつれて、私たちはすでにかなりうまくやっています。 原子力発電システム 小規模で。 このようなシステムは、長い間、太陽系の彼方まで移動する無人宇宙船に電力を供給してきました。
2019年、原子力推進宇宙船ニューホライズンズは、カイパーベルトとして知られる領域にある冥王星の遥か彼方にある、至近距離で観測された中で最も遠い天体であるウルティマ・トゥーレを通過した。 原子力がなかったら彼はそれを成し遂げることができなかったでしょう。 火星の軌道の外では、太陽エネルギーは十分な強度で利用できません。 化学源は、エネルギー密度が低すぎ、質量が大きすぎるため、長く持続しません。
長距離ミッションで使用される 放射熱発電機 (RTG) はプルトニウム同位体 238Pu を使用します。これは、アルファ粒子を放出して自然放射性崩壊から永久熱を生成し、その後電気に変換するのに最適です。 半減期が 88 年であるということは、長期的な使命を果たすことを意味します。 しかし、RTG は、地球外基地は言うまでもなく、長時間のミッションやより巨大な船に必要な高い比出力を提供することはできません。
たとえば、火星や月での探査滞在やおそらくは定住のための解決策は、NASA が数年間テストしてきた小型原子炉の設計である可能性があります。 これらのデバイスはとして知られています キロパワー核分裂エネルギープロジェクト (2) は 1 ～ 10 kW の電力を供給するように設計されており、推進システムに電力を供給したり、宇宙天体の研究、採掘、植民地をサポートしたりするための調整モジュールとして構成できます。
ご存知のとおり、宇宙では質量が重要です。 原子炉出力 平均的な車両の重量を超えてはなりません。 たとえば、最近の番組からわかるように、 SpaceX ファルコンヘビーロケット車を宇宙に打ち上げることは、現時点では技術的な問題ではありません。 したがって、光炉は地球の周囲や地球外の軌道に簡単に設置することができます。
2. ３キロワットキロパワー原子炉の試作炉。
原子炉を搭載したロケットは期待と不安を呼び起こす
元NASA長官 ジム・ブライデンスタイン 彼は何度も強調した 核熱エンジンの利点、軌道上でより多くの力があれば、対衛星兵器による攻撃があった場合に、軌道上の宇宙船がうまく回避できる可能性があると付け加えた。
軌道上の原子炉 また、強力な軍事用レーザーに電力を供給することもでき、これは米国当局にとっても大きな関心を集めています。 しかし、核ロケットエンジンが初飛行する前に、NASAは核物質の宇宙への持ち込みに関する法律を改正する必要がある。 これが本当であれば、NASAの計画によれば、原子力エンジンの初飛行は2024年に行われるはずだ。
しかし、特にロシアが原子力民間宇宙船を建造するためのXNUMX年にわたる計画を発表した後、米国は核プロジェクトを加速させているようだ。 彼らはかつて宇宙技術における誰もが認めるリーダーでした。
60年代、米国はオリオン・パルス・パルス核ミサイルの計画を立てていたが、これは非常に強力であり、 都市全体を宇宙に移動させるアルファ・ケンタウリへの有人飛行も可能です。 古い SF アメリカのテレビ シリーズはすべて 70 年代から棚に並んでいます。
しかし、古い概念を払拭する時期が来ています。 宇宙の原子力エンジンその主な理由は、競合他社、この場合は主にロシアが最近この技術に大きな関心を示しているためです。 核熱ロケットは火星までの飛行時間を半分、おそらくXNUMX日まで短縮できる可能性があり、これは宇宙飛行士が消費する資源と乗組員の放射線負荷が少なくなることを意味する。 さらに、どうやら、「窓」、つまり数年ごとに火星が地球に繰り返し接近することへの依存はありません。
しかし、宇宙がすでにこのような性質の巨大な脅威を抱えている状況では、搭載原子炉が追加の放射線源となるという事実を含むリスクが存在します。 それがすべてではありません。 核熱エンジン 爆発や汚染の可能性を恐れて、地球の大気圏で打ち上げることはできない。 したがって、通常のロケットが打ち上げ用に提供されます。 したがって、地球からの軌道への質量の打ち上げに関連する最もコストのかかる段階をスキップすることはありません。
と呼ばれるNASAの研究プロジェクト TREES (原子力熱ロケット環境シミュレータ) は、原子力推進に立ち返ろうとする NASA の取り組みの一例です。 2017年、この技術への復帰の話が出る前に、NASAはBWXテクノロジーズに対し、建設に必要な燃料コンポーネントと原子炉を開発するための19年間XNUMX万ドルの契約を結んだ。 原子力エンジン。 NASA の最新の宇宙用原子力推進コンセプトの 3 つは、群探査型 ATG 原子炉 SPEAR(XNUMX) であり、新しい軽量原子炉減速材と最新型熱電発電機 (ATEG) を使用して炉心全体の質量を大幅に削減すると予想されています。
これには、動作温度を下げ、コアの全体的な電力レベルを下げる必要があります。 しかし、質量が減ると必要な推進力が減り、その結果、小型で安価な原子力動力の電気宇宙船が実現します。
3. Swarm-Probe Enabling ATG Reactor プロジェクトの枠組み内で開発されたプローブの視覚化。
アナトリー・ペルミノフロシア連邦宇宙庁長官が明らかにした。 深宇宙旅行用の原子力宇宙船を開発するだろう、独自の独創的なアプローチを提供します。 初期設計は 2013 年までに完了し、今後 9 年間の開発が計画されています。 このシステムは原子力発電とイオン推進システムを組み合わせたものでなければなりません。 原子炉からの 1500°C の高温ガスはタービンを回転させ、それがイオン エンジン用の電気を生成する発電機を回転させます。
ペルミノフによれば、 このドライブは火星への有人ミッションをサポートできるようになるそして原子力のおかげで宇宙飛行士は火星に30日間滞在できた。 合計すると、化学エンジンの 300 倍の推力を仮定すると、核エンジンを使用して一定の加速を続けて火星へ飛行する場合、XNUMX か月ではなく XNUMX 週間かかることになります。
しかし、ロシアのプログラムではすべてがそれほどスムーズに進むわけではありません。 2019年XNUMX月、ロシアの白海沿岸のサロフで、バルト海のロケットエンジンの一部だった原子炉が爆発した。 液体燃料。 この災害が上記のロシアの原子力推進研究プログラムに関連しているかどうかは不明である。
しかし、間違いなく、米国とロシア、そしておそらくは中国との間に対立要素がある。 宇宙での核エネルギーの利用 研究に強力な加速力を与えます。
