Kuidas väike tuumareaktor suudaks toita koloonia Marsil või kaugemal

autorid Patrick McClure ja David Poston

Kunstniku illustratsioon nelja Kilopoweri tuumareaktori vihmavarjusarnastest soojusradiaatoritest, mis heidavad Marsile pinnale varje. Pilt: NASA

Kui me kujutame ette inimeste saatmist Marsile, kuule või muudele planeedikehadele mitte nii kauges tulevikus, siis on esmane küsimus järgmine: kuidas me saame nende koloonia? Nad ei vaja mitte ainult energiat elamiskõlbliku keskkonna loomiseks, vaid ka seda, et Maale tagasi jõuda. Kaugemate planeedikehade, näiteks Marsi jaoks on koju sõitmiseks kütus ebatõhus; see on lihtsalt liiga raske. See tähendab, et astronaudid vajavad vedela hapniku ja raketikütuse tootmiseks energiaallikat.

Milline jõuallikas on aga väike, kuid samas piisavalt tugev, et maavälist elupaika usaldusväärselt toita?

Sisenege Kilopoweri - väikesesse tuumareaktorisse, mis on projekteeritud Los Alamose riiklikus laboris koos NASA-ga ja mille kohaselt agentuur loodab, et ühel päeval saab ta koloonia Marsil, Kuul või kaugemal.

Kilopoweri sära on selle lihtsus: väheste liikuvate osadega kasutab see Stirlingi mootori jõul soojustorude tehnoloogiat, mis leiutati 1963. aastal Los Alamose tee ääres. See töötab järgmiselt: kuidas soojustorus olev suletud toru tsirkuleerib reaktori ümber vedeliku, võtab soojuse ja viib selle Stirlingi mootorisse. Seal survestab soojusenergia gaasi, et juhtida kolbi, mis on ühendatud elektrit tootva mootoriga. Kahe seadme kasutamine paralleelselt loob lihtsa ja usaldusväärse elektritoiteallika, mida saab kohandada kosmoserakendusteks, sealhulgas inimeste uurimiseks ja kosmoseteaduslikeks missioonideks planeetide välistes kehades nagu Jupiteri ja Saturni kuud.

Kilopoweri reaktorite võimsus on 1 kilovatti - umbes piisavalt kodumajapidamises kasutatava röstri toiteks - kuni 10 kW. Marsil elupaiga tõhusaks juhtimiseks ja kütuse loomiseks oleks vaja umbes 40 kW, nii et NASA saadaks planeedi pinnale tõenäoliselt neli kuni viis reaktorit.

Tuumaenergia eelised on see, et see on kerge ja usaldusväärne. Teised energiaallikad vajavad kas liiga palju kütust - muutes need liiga raskeks - või ei saa nendega arvestada igal aastaajal. Näiteks päikeseenergia sõltub püsivast päikesevalgusest. See on midagi, mis Marsil puudub, kuna see sõltub kellaajast, aastaajast, asukohast planeedi pinnal ja planeedi tolmutormide tõsidusest, mis võivad kesta mitu kuud. Tuumaenergia töötab sõltumata ilmast või kellaajast. Samuti muudaks vajalik päikesepaneelide ja akude arv taas raketi Marsile äärmiselt raskeks - see nõuab rohkem kütust.

Mis järgmiseks?

Eksperimendid Kilopoweri testimiseks - nimega KRUSTY (Stirlingi tehnoloogiat kasutav kilopoweri reaktor) - algasid eelmise aasta lõpus Nevada riikliku julgeoleku saidil (NNSS) ja kulmineeruvad sel kevadel lennusarnase reaktorisüdamiku katsetamisega täies töötemperatuuril. Lisaks Los Alamosele, NASA-le ja NNSS-ile viiakse eksperiment läbi NASA Glenni uurimiskeskuse, Marshalli kosmoselennukeskuse ja Y-12 riikliku julgeolekukompleksi koostöös NASA töövõtjate SunPoweri ja Advanced Cooling Technologies'iga.

Töö selle tehnoloogiaga pole uus. KRUSTY tugineb 2012. aasta eksperimendile, mille viis läbi Los Alamos, NNSS ja Glenn meeskond ja mis näitas soojustoru esmakordset kasutamist väikese tuumareaktori jahutamiseks ja Stirlingi mootori toiteks. Need uued katsed tuginevad teadmistele, mille selle katse käigus saime.

Tulevikku vaadates on tuumaenergia potentsiaal toetada pikaajaliste elupaikade plaane teistel planeedikehadel üsna erakordne. Koloonia toiteallikad on vaid üks paljudest keerukatest tehnilistest küsimustest, millele tuleb vastata, kui mõtleme inimeste saatmisele teistele planeetidele, kuid see on kriitiliselt oluline. Kilopower võiks väga hästi olla vastus. Meil on hea meel näha, kuhu see meid viib.

Patrick McClure on Kilopoweri projekti juht USA energeetikaosakonna Los Alamose riiklikus laboris New Mexico osariigis. David Poston on ka reaalajas peadisainer, ka Los Alamoses.