Hogyan képes egy kis atomreaktor táplálni egy kolóniát a Marson vagy azon túl?

írta: Patrick McClure és David Poston

A művész szemlélteti a négy kilopoweri atomreaktor esernyőszerű hőhordozóit, amelyek árnyékot vetnek a marsi felületre. Kép: NASA

Amikor azt képzeljük, hogy az embereket Marsra, a holdra vagy más bolygótestekre küldjük a nem olyan távoli jövőben, az elsődleges kérdés: Hogyan fogjuk kibővíteni kolóniájukat? Nemcsak energiára van szükségük az életképes környezet megteremtéséhez, hanem a Földre való visszatéréshez is. Távoli bolygótesteknél, például a Marsnál, nem hatékony az üzemanyag szállítása a hazautazáshoz; túl nehéz. Ez azt jelenti, hogy az űrhajósoknak áramforrásra van szükségük, hogy folyékony oxigént és hajtóanyagot állítsanak elő.

De milyen típusú energiaforrás kicsi, mégis elég erős ahhoz, hogy megbízhatóan táplálja a földön kívüli élőhelyet?

Lépjen be a Kilopowerbe, egy kis atomreaktorba, amelyet a Los Alamos Nemzeti Laboratóriumban terveztek a NASA-val együttműködve, és amely szerint az ügynökség azt reméli, hogy egy nap települ egy kolóniára a Marson, a Holdon vagy azon túl.

A Kilopower ragyogása az egyszerűség: kevés mozgó alkatrész mellett hőcső technológiát használ fel, amelyet 1963-ban a Los Alamos-ban fedeztek fel Stirling motor táplálására. Így működik: A hőcsőben lezárt cső egy folyadékot kerít a reaktor körül, felveszi a hőt és továbbítja azt a Stirling motorhoz. Ott a hőenergia nyomást gyakorol a gázra, hogy egy dugattyút vezessen egy villamos energiát előállító motorhoz. A két eszköz együttes használata egy egyszerű, megbízható villamosenergia-ellátást hoz létre, amelyet az űrhasználathoz is lehet alkalmazni, ideértve az emberi kutatásokat és az űrtudományi küldetéseket a bolygó külső testéhez, például a Jupiter és a Szaturnusz holdjaihoz.

A Kilopower reaktorok 1 kilovattól felelnek meg - kb. Elegendőek háztartási kenyérpirító táplálásához - 10 kW-ig. Az Mars élőhelyének hatékony működtetéséhez és üzemanyag előállításához kb. 40 kW-ra lenne szükség, tehát a NASA valószínűleg négy-öt reaktorot küld a bolygó felszínére.

Az atomenergia előnye, hogy könnyű és megbízható. Más energiaforrások vagy túl sok üzemanyagot igényelnek - túlságosan nehézek -, vagy nem számíthatók minden évszakban. A napenergia például a folyamatos napfénytől függ. Erről hiányzik a Mars, mivel ez függ a napi időtől, az évszaktól, a bolygó felületének helyétől és a bolygó porviharainak súlyosságától, amely hónapokig tarthat. Az atomenergia az időjárástól vagy a napi időtől függetlenül működik. A szükséges napelemek és akkumulátorok száma ismét rendkívül nehézséget okozna a Mars felé tartó rakéta számára - több üzemanyagot igényel.

Mi a következő lépés?

A KRUSTY (Stirling technológiát használó kilopower reaktor) elnevezésű Kilopower tesztelése a tavalyi év végén kezdődött a Nevada Nemzeti Biztonsági Helyszínen (NNSS), és a tavasz teljes repülési jellegű reaktormagjának tesztelésével zárul le. A Los Alamos, a NASA és az NNSS mellett a kísérletet a NASA Glenn Kutatóközpontjával, a Marshall űrrepülési központtal és az Y-12 Nemzeti Biztonsági Komplexummal, valamint a NASA kivitelezőivel, a SunPower és az Advanced Cooling Technologies együttműködésével hajtják végre.

A technológián végzett munka nem új. A KRUSTY egy a 2012-es kísérletre épül, amelyet egy Los Alamos, az NNSS és a Glenn csapat végez, és amely bemutatta, hogy a hővezetéket mikor használták elő egy kis atomreaktor hűtésére és a Stirling motor táplálására. Ezek az új kísérletek azon a tudáson alapulnak, amelyet ebből a kísérletből kaptunk.

A jövőbe tekintve rendkívüli az a lehetőség, hogy az atomenergia támogassa a más bolygótestek hosszú távú élőhelyét. Míg a kolónia táplálása csak egy a sok bonyolult technikai kérdés közül, amelyeket meg kell válaszolni, amikor arra gondolunk, hogy az embereket más bolygókra küldjük, ez kritikus fontosságú. A kilopower nagyon jól lehet a válasz. Izgatottan látjuk, hogy hová tart minket.

Patrick McClure a Kilopower projekt vezetője az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Los Alamos nemzeti laboratóriumában, Új-Mexikóban. David Poston a fő reaktor tervező, szintén a Los Alamos-ban.