NASA успешно испытало космический ядерный реактор

2 мая в исследовательском центре NASA в Кливленде прошла пресс-конференция, посвящённая последним результатам испытаний проекта Kilopower — космического ядерного реактора. Все испытания были пройдены успешно, а сам реактор показал себя именно так, как ожидали учёные.

NASA создаёт экспериментальный реактор, который позволит снабдить энергией продолжительные пилотируемые миссии к Луне, Марсу и даже дальше.

На протяжении десятилетий космические аппараты использовали ядерную энергию — компактный и надёжный источник электроэнергии. Особенно это касается тех миссий, в которых невозможно было опереться на энергию Солнца (дальнекосмические миссии, экспедиции к полярным районам Луны). Спустя более 40 лет с момента запуска, космические аппараты Вояджер-1 и Вояджер-2 всё ещё имеют достаточно энергии, чтобы отправлять сигналы на Землю. Тем временем Curiosity уже почти шесть лет колесит по Марсу на «заряде» одного плутониевого радиоизотопного термоэлектрогенератора.

Подготовка к испытаниям Kilopower. Credit: NASA

Такие устройства (а в Вояджерах используются подобные), РИТЭГи, преобразуют энергию от пассивного радиоактивного распада в электричество. Во время распада возникает разница температур между пластинами двух разных видов металла, что создаёт напряжение. Похожий компонент, термопара, используется в датчиках температуры и термометрах. Хотя РИТЭГи и не самые эффективные источники энергии, они остаются простыми в своём строении и (что немаловажно) не имеют подвижных частей. Это делает их идеальным выбором для миссий, которые не предполагают возможности ремонта.

Но мощности РИТЭГов будет недостаточно для многих будущих миссий, особенно тех, в которых примут участие люди. Именно поэтому NASA и Министерство энергетики США занялись созданием компактного космического ядерного реактора, способного «добывать» энергию в процессе расщепления атомов.

На пресс-конференции представители NASA и Министерства энергетики объявили об успешном завершении наземных испытаний экспериментального реактора под названием Kilopower Reactor Using Stirling Technology (KRUSTY). Испытания проводились на площадке Министерства энергетики в Неваде в четыре этапа. Первые два прошли «вхолостую» — нужно было убедиться, что ключевые элементы системы работают так, как было задумано. На третьем этапе команда постепенно увеличивала мощность, чтобы разогреть ядро. А последняя фаза состояла из 28-часового полномасштабного теста, который имитировал реальную миссию.

Команда оценила последовательность запуска реактора, стабильность его работы, эффективность и многие другие показатели. По словам ведущего инженера Kilopower Марка Гибсона, во время работы на полную мощность в условиях вакуума, в каждой категории тестов испытательный реактор либо подтвердил, либо даже превысил ожидаемые показатели.

«Мы провели любые возможные тесты реактора, в том числе «прогнали» его по нестандартным сценариям работы. Он прошёл их все без каких-либо проблем», — говорит главный конструктор реактора, Дэвид Постон.

Значение этих результатов трудно ценить, говорит Гибсон. Работы над допустимыми к работе в космосе реакторами всегда были связаны с высокими затратами и продолжительными исследованиями. К этому результату американские учёные шли с середины 1970-х.

Это первые серьёзные испытания реактора нового типа в США за посление 40 лет.
Марк Гибсон, ведущий инженер Kilopower

Реакторы такого типа имеют много преимуществ перед РИТЭГами. Например, РИТЭГ способен производить всего несколько сотен ватт, в то время как Kilopower можно масштабировать до десятка тысяч ватт. Согласно отчёту NASA, опубликованному после конференции, четыре таких реактора могут обеспечивать энергией полноценную внеземную базу.

Единая сеть из нескольких реакторов Kilopower на Марсе, презентация NASA

Ещё одним преимуществом является то, что, в отличие от РИТЭГа, работой реактора можно управлять — это позволяет регулировать объем генерируемой электроэнергии. Это также означает, что во время запуска Kilopower может быть выключен — вплоть до достижения точки назначения. В сочетании с повышенной эффективностью реакции деления (по сравнению с тем же РИТЭГом) эта особенность позволит Kilopower поддерживать свою мощность в 1 киловатт в течение как минимум 10 лет.

По словам Постона, ключевым требованием во время проектирования реактора являлась возможность автоматического регулирования. Это не только повышает безопасность Kilopower, но и избавляет экипаж космической миссии постоянно следить за его работой. Не потребуются подобные временные жертвы и от Центра управления полётами на Земле — ведь миссия на Марс, например, должна быть автономной.

Система работает как термостат, где обратная связь удерживает устройство при заданной температуре. Если реактор перегреется, двигатели Стирлинга, генерирующие электричество, начнут потреблять больше тепла от уранового ядра. Если же оно слишком охладится, его объём уменьшится, что уменьшит расстояния между ядрами и позволит высвобождать больше свободных нейтронов — это автоматически приведёт к нагреванию.

Упомянув опасения по поводу недавно запущенной в РФ плавучей атомной электростанции, Постон заверил присутствующих, что Kilopower практически не будет представлять опасности для общественности. NASA руководствуется всеми международными договорами, в том числе изложенными ООН. Кроме того, реактор не будет включаться, пока не окажется на достаточно большом расстоянии от Земли. «Мы провели расчёты самых худших сценариев: даже в случае аварии на Земле никакая опасность людям не грозит», — сказал Постон.

Команда также рассмотрела вопрос безопасности обслуживания реактора. Инженеры космического центра NASA Джонсон разрабатывают контейнеры для безопасного хранения отработанного топлива прямо на месте расположения реактора — возвращать его на Землю непрактично и бесполезно. Kilopower не использует радиоактивный хладагент, который мог бы представлять опасность, а команда исследователей разрабатывает механизмы для защиты астронавтов от возможного излучения. Рассматривается вариант размещения части реактора под поверхностью (Луны/Марса/других объектов).

Отделение лунного модуля Boeing от LPG. Credit: brickmack

Хотя настоящие образцы реакторов не будут похожи на Kilopower, всё же он разрабатывался максимально похожим на те устройства, которые будут задействованы в будущих миссиях. У учёных ещё достаточно времени доработать своё изобретение, ведь NASA пока даже не планирует лётные испытания Kilopower.

Реактор создаётся для использования на поверхностях космических объектов, но представители NASA на пресс-конференции сообщили, что Kilopower можно использовать и на LOP-G (лунной орбитальной станции-порту), возможной следующей станции на орбите Луны, с которой астронавты смогут отправляться как на поверхность нашего спутника, так и глубже в космос. Например, на Марс.

Кстати, раз уж у нас на сайте появились комментарии, напишите, как вы считаете, когда мы полноценно сможем использовать реакторы вроде Kilopower в космосе?

Материал основан на текстах Space.com и IFLScience.com

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Павел Поцелуев

Павел Поцелуев

Руководитель проекта. Переводит, озвучивает, ведёт прямые трансляции, короче, рулит этим огромным космическим кораблём.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: