Κοιτάζοντας το μέλλον της εξερευνητικής διαστημικής πληρώματος, είναι σαφές στη NASA και σε άλλες υπηρεσίες του διαστήματος ότι πρέπει να πληρούνται ορισμένες τεχνολογικές απαιτήσεις. Δεν χρειάζονται μόνο μια νέα γενιά οχημάτων εκτόξευσης και διαστημικών καψουλών (όπως το SLS και Ωρίων διαστημόπλοιο), αλλά χρειάζονται νέες μορφές παραγωγής ενέργειας για να διασφαλιστεί ότι μπορούν να πραγματοποιηθούν αποστολές μεγάλης διάρκειας στη Σελήνη, στον Άρη και σε άλλες τοποθεσίες στο Ηλιακό Σύστημα.
Μια πιθανότητα που αντιμετωπίζει αυτές τις ανησυχίες είναι το Kilopower, ένα ελαφρύ σύστημα ισχύος σχάσης που θα μπορούσε να τροφοδοτήσει ρομποτικές αποστολές, βάσεις και αποστολές εξερεύνησης. Σε συνεργασία με την Εθνική Διοίκηση Πυρηνικής Ασφάλειας του Υπουργείου Ενέργειας (NNSA), η NASA πραγματοποίησε πρόσφατα μια επιτυχημένη επίδειξη ενός νέου συστήματος ισχύος πυρηνικών αντιδραστήρων που θα μπορούσε να επιτρέψει αποστολές πλήρους διάρκειας στην Σελήνη, τον Άρη και πέραν αυτής.
Γνωστή ως το πείραμα Kilopower Reactor Using Stirling Technology (KRUSTY), η τεχνολογία αποκαλύφθηκε σε πρόσφατη συνέντευξη Τύπου την Τετάρτη 2 Μαΐου, στο Κέντρο Έρευνας της NASA στο Glenn. Σύμφωνα με τη NASA, αυτό το σύστημα ισχύος είναι ικανό να παράγει έως και 10 κιλοβάτ ηλεκτρικής ενέργειας - αρκετή ισχύ αρκετών νοικοκυριών συνεχώς για δέκα χρόνια, ή ένα φυλάκιο στη Σελήνη ή τον Άρη.
Όπως εξήγησε ο Jim Reuter, ενεργός συνεργάτης της NASA για τη Διεύθυνση Διαστημικής Αποστολής (STMD), σε πρόσφατο δελτίο τύπου της NASA:
«Η ασφαλής, αποδοτική και άφθονη ενέργεια θα είναι το κλειδί για τη μελλοντική ρομποτική και ανθρώπινη εξερεύνηση. Περιμένω ότι το έργο Kilopower θα είναι ένα ουσιαστικό μέρος των σεληνιακών και του Άρη αρχιτεκτονικής καθώς εξελίσσονται. "
Το πρωτότυπο σύστημα ισχύος χρησιμοποιεί έναν μικρό πυρήνα αντιδραστήρα στερεού ουρανίου-235 και παθητικούς σωλήνες θερμότητας νατρίου για τη μεταφορά θερμότητας αντιδραστήρα σε κινητήρες υψηλής απόδοσης Stirling, οι οποίοι μετατρέπουν τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό το σύστημα ισχύος είναι ιδανικό για τοποθεσίες όπως η Σελήνη, όπου η παραγωγή ενέργειας με χρήση ηλιακών συστοιχιών είναι δύσκολη επειδή οι σεληνιακές νύχτες είναι ισοδύναμες με 14 ημέρες στη Γη.
Επιπλέον, πολλά σχέδια για σεληνιακή εξερεύνηση περιλαμβάνουν την κατασκευή φυλάκων στις μόνιμα σκιασμένες πολικές περιοχές ή σε σταθερούς υπόγειους σωλήνες λάβας. Στον Άρη, η ηλιοφάνεια είναι πιο άφθονη, αλλά υπόκειται στον ημερήσιο κύκλο και τον καιρό του πλανήτη (όπως καταιγίδες σκόνης). Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε επομένως να διασφαλίσει μια σταθερή παροχή ισχύος που δεν εξαρτάται από διαλείπουσες πηγές όπως το ηλιακό φως. Όπως είπε ο Marc Gibson, ο κύριος μηχανικός Kilopower στο Glenn:
«Το Kilopower μας δίνει τη δυνατότητα να κάνουμε πολύ υψηλότερες αποστολές ισχύος και να εξερευνήσουμε τους σκιασμένους κρατήρες της Σελήνης. Όταν αρχίζουμε να στέλνουμε αστροναύτες για μακρά παραμονή στη Σελήνη και σε άλλους πλανήτες, αυτό θα απαιτήσει μια νέα τάξη δύναμης που δεν χρειαζόμασταν ποτέ πριν. "
Το πείραμα Kilopower πραγματοποιήθηκε στον ιστότοπο Εθνικής Ασφάλειας της NNSA (NNSS) μεταξύ Νοεμβρίου και Μαρτίου του 2017. Εκτός από την απόδειξη ότι το σύστημα θα μπορούσε να παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω σχάσης, ο σκοπός του πειράματος ήταν επίσης να δείξει ότι είναι σταθερό και ασφαλές σε οποιοδήποτε περιβάλλον. Για το λόγο αυτό, η ομάδα Kilopower διεξάγει στο πείραμα σε τέσσερις φάσεις.
Οι δύο πρώτες φάσεις, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν χωρίς ισχύ, επιβεβαίωσαν ότι κάθε στοιχείο του συστήματος λειτούργησε σωστά. Για την τρίτη φάση, η ομάδα αύξησε την ισχύ για να θερμαίνει αργά τον πυρήνα πριν προχωρήσει στη φάση τέσσερα, η οποία συνίστατο σε μια δοκιμαστική περίοδο 28 ωρών, πλήρους ισχύος. Αυτή η φάση προσομοίωσε όλα τα στάδια μιας αποστολής, η οποία περιελάμβανε εκκίνηση αντιδραστήρα, αύξηση έως πλήρη ισχύ, σταθερή λειτουργία και τερματισμό λειτουργίας.
Καθ 'όλη τη διάρκεια του πειράματος, η ομάδα προσομοίωσε διάφορες αστοχίες του συστήματος για να διασφαλίσει ότι το σύστημα θα συνεχίσει να λειτουργεί - που περιελάμβανε μειώσεις ισχύος, αποτυχημένους κινητήρες και αποτυχημένους σωλήνες θερμότητας. Καθ 'όλη τη διάρκεια, η γεννήτρια KRUSTY συνέχισε να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια, αποδεικνύοντας ότι μπορεί να αντέξει ό, τι πετάει η εξερεύνηση του διαστήματος. Όπως ανέφερε ο Gibson:
«Βάζουμε το σύστημα στους ρυθμούς του. Κατανοούμε τον αντιδραστήρα πολύ καλά, και αυτή η δοκιμή απέδειξε ότι το σύστημα λειτουργεί με τον τρόπο που το σχεδιάσαμε για να λειτουργεί. Ανεξάρτητα από το περιβάλλον που το εκθέτουμε, ο αντιδραστήρας αποδίδει πολύ καλά. "
Κοιτώντας μπροστά, το έργο Kilopower θα παραμείνει μέρος του προγράμματος Game Changing Development (GCD) της NASA. Στο πλαίσιο της Διεύθυνσης Αποστολής Διαστημικής Τεχνολογίας της NASA (STMD), στόχος αυτού του προγράμματος είναι να προωθήσει τις διαστημικές τεχνολογίες που μπορεί να οδηγήσουν σε εντελώς νέες προσεγγίσεις για τις μελλοντικές διαστημικές αποστολές του Οργανισμού. Τελικά, η ομάδα ελπίζει να κάνει τη μετάβαση στο πρόγραμμα Τεχνολογίας Επίδειξης (TDM) έως το 2020.
Εάν όλα πάνε καλά, ο αντιδραστήρας KRUSTY θα μπορούσε να επιτρέψει μόνιμα ανθρώπινα φυλάκια στη Σελήνη και τον Άρη. Θα μπορούσε επίσης να προσφέρει υποστήριξη σε αποστολές που βασίζονται στην In-situ Resource Utilization (ISRU) για την παραγωγή καυσίμου υδραζίνης από τοπικές πηγές πάγου νερού και οικοδομικών υλικών από τον τοπικό regolith.
Βασικά, όταν οι ρομποτικές αποστολές τοποθετούνται στο φεγγάρι σε τρισδιάστατες βάσεις εκτύπωσης από τοπικό regolith και οι αστροναύτες αρχίζουν τακτικά ταξίδια στη Σελήνη για να διεξάγουν έρευνα και πειράματα (όπως κάνουν σήμερα στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό), θα μπορούσαν να είναι αντιδραστήρες KRUSTY που τους παρέχουν όλες τις ανάγκες τους. Σε λίγες δεκαετίες, το ίδιο θα μπορούσε να ισχύει για τον Άρη και ακόμη και για τοποθεσίες στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα.
Αυτό το σύστημα αντιδραστήρων θα μπορούσε επίσης να ανοίξει το δρόμο για πυραύλους που βασίζονται σε πυρηνική-θερμική ή πυρηνική-ηλεκτρική πρόωση, επιτρέποντας αποστολές πέρα από τη Γη που είναι τόσο γρηγορότερες όσο και πιο οικονομικές!
Και φροντίστε να απολαύσετε αυτό το βίντεο του προγράμματος GCD, ευγενική προσφορά του NASA 360:
