Прежде чем первые люди отправятся на Марс, пройдет, вероятно, не одно десятилетие. Но когда это произойдет, у них должна быть возможность обеспечивать электропитанием свое оборудование. Ядерный реактор Kilopower может стать одним из таких источников.
Космические источник питания
NASA работает над созданием источника питания, который сможет обеспечивать энергией поселения на Луне и Марсе, а также миссии в удаленные районы Солнечной системы. Чтобы воплотить эту идею в жизнь, космическое агентство обратилось за помощью к организации с многолетним опытом ядерных разработок – Лос-Аламосской национальной лаборатории.
Изобретение Лос-Аламосской лаборатории, маленький и простой гибридный ядерный реактор Kilopower, может стать ключом к решению проблемы обеспечения энергией длительных космических миссий. В настоящее время одной из приоритетных целей NASA является организация постоянного присутствия человека на Луне, и компании Lockheed Martin, SpaceX, Blue Origin и Moon Express проявили интерес к строительству инфраструктуры на Луне для осуществления промышленной деятельности, такой как добыча гелия-3 или производство ракетного топлива. Для достижения любой из этих целей инженерам необходимо создать на Луне надежную систему энергообеспечения.
Применение Kilopower
Луна может стать первым объектом, где будет применен Kilopower, но, по словам представителей разработчика, этот маленький ядерный источник питания может также использоваться на автоматических межпланетных станциях во время их полетов к спутникам Юпитера и Сатурна, газовым гигантам Урану и Нептуну или даже за Плутон.
Основу этого маленького реактора, сконструированного таким образом, чтобы иметь как можно меньше движущихся частей, составляют тепловые трубки, разработанные Лос-Аламосской лабораторией в 1963 году. Топливный блок размером с рулон бумажного полотенца содержит уран-235 и генерирует тепло посредством ядерного деления. Затем это тепло нагревает натрий внутри восьми тепловых труб до температуры более 870° C.
Тепловые трубы передают энергию двигателю Стирлинга, который и генерирует электричество. По принципу действия этот механизм отличается от плутониевых батарей, питающих космические аппараты New Horizons и Curiosity, которые для производства электричества используют тепло, полученное в результате естественного распада радиоактивных изотопов. В Kilopower же происходит реакция расщепления ядерного топлива. В результате он способен генерировать на порядок больше энергии.
Габариты Kilopower, даже с теплозащитой и внешними системами, не превышают размеров мусорного бака, и он способен генерировать энергию в течение лет или даже десятилетий. В планах построить две модели реактора: на 1 кВт для космических аппаратов и на 10 кВт для использования на поверхности Луны и Марса. В NASA говорят, что ядерный реактор Kilopower может применяться для множества задач, включая бурение, плавление, нагревание, охлаждение, сбор образцов, обработку материалов. А также для питания видеоаппаратуры, радаров, лазеров, электрического ракетного двигателя, телекоммуникационного оборудования, подзарядки луноходов и марсоходов и для других целей.
Тестирование Kilopower началось в прошлом году на Невадском испытательном полигоне. Следующим шагом станет испытание реактора на полную мощность для имитации космических операций, которое запланировано на весну.
Как только NASA завершит проект Deep Space Gateway (космическая станция, вращающаяся по окололунной орбите, с которой астронавты смогут высаживаться на поверхность Луны), агентство, вероятно, сосредоточится на подготовке пилотируемого полета на Марс. Такую миссию могут ожидать серьезные трудности при приземлении на планету из-за большого количества топлива, которое астронавтам придется взять с собой, поэтому оно должно быть отправлено заранее или производиться прямо на Марсе.
И вот на Марс
Вот тут и пригодится ядерный реактор Kilopower. Марсоход NASA в рамках миссии «Марс-2020» протестирует устройство для получения кислорода из атмосферы. Такая возможность является необходимой для создания условий, пригодных для жизни астронавтов, а также для производства жидкого кислорода, который необходим в качестве окислителя ракетного топлива. Системы генерации кислорода могут питаться маленькими ядерными реакторами, такими как Kilopower. По подсчетам NASA, 40–50 кВт будет достаточно для энергообеспечения колонии на Марсе, таким образом, для будущей базы потребуется четыре или пять реакторов Kilopower.
Ядерная энергия обладает некоторыми преимуществами по сравнению с другими источниками электричества. Химическое топливо имеет низкую плотность энергии, а солнечные батареи эффективны только при воздействии прямого солнечного света, что для Марса редкость. Масса достаточного количества солнечных панелей будет слишком большой, и для их доставки опять же потребуется много топлива.
Вероятно, пройдет не одно десятилетие, прежде чем нога первого астронавта ступит на красный песок Марса, но колонизация Луны может произойти гораздо раньше. Также серьезно обсуждаются новые миссии к удаленным планетам. NASA и Лос-Аламосская национальная лаборатория работают над тем, чтобы ни один из их планов по освоению космоса не сорвался из-за недостатка энергии.
