Atomreaktor for Mars -utposten kan være klar til å fly innen 2022

kunstner

Kunstnerens illustrasjon av et fisjonskraftsystem på overflaten av Mars ved bruk av fire enheter på 10 kilowatt. (Bildekreditt: NASA)





En ny type atomreaktor designet for å drive bemannede utposter på månen og Mars kan være klar for sin første romfartsforsøk bare noen få år fra nå, sa prosjektmedlemmer.

En flyvningstest er det neste store skrittet for Kilopower eksperimentelle fisjonreaktor, som gjennomførte en rekke kritiske bakketester fra november 2017 til mars 2018. Det er ingen demonstrasjon utenfor jorden ennå, men Kilopower bør være klar til å gå i 2022 eller så om nødvendig, sa Patrick McClure, Kilopower -prosjektleder ved Department of Energy (DOE) Los Alamos National Laboratory i New Mexico.

'Jeg tror vi kan gjøre dette om tre år og være klare til flyging,' sa McClure sent i forrige måned under en presentasjon med NASAs arbeidsgruppe Future In-Space Operations.



'Jeg tror tre år er en veldig gjennomførbar tidsramme,' la han til og understreket at dette er hans mening, ikke nødvendigvis NASAs, som utvikler Kilopower -prosjektet sammen med DOE.

I slekt: Se neste generasjon kjernekraft for Mars -oppdrag (video)

En annen type kjernekraft i verdensrommet

Atomkraft har drevet romfartøyer i flere tiår. NASAs Voyager 1 og Voyager 2 sonder, romskip New Horizons og Curiosity Mars rover, sammen med mange andre robotoppdagere, bruker radioisotop termoelektriske generatorer (RTG), som omdanner varmen som kastes av det radioaktive forfallet av plutonium-238 til elektrisitet.



Effekten fra RTG er relativt lav. Den som brukes av Curiosity og NASAs kommende Mars 2020 -rover, genererer for eksempel ca. 110 watt strøm ved starten av et oppdrag. (Denne produksjonen synker sakte over tid.)

TIL bemannet Mars utpost vil ha betydelig høyere energibehov enn det: rundt 40 kilowatt kontinuerlig tilgjengelig elektrisk kraft (40 kWe), selv for den lille forskningsstasjonen NASA ser for seg å sette opp i slutten av 2030 -årene, sa McClure. Tross alt vil pionerene trenge strøm for å rense vannet, generere oksygen fra karbondioksid-dominert Mars atmosfære , lade opp roverne sine, varme opp habitatene sine og så videre.

Menneskelig utforskning av Mars vil derfor kreve en annen energiproduksjonsstrategi. Og det er her Kilopower kommer inn.



Som kjernekraftverk designet for å bli satt på jorden, er Kilopower en fisjonreaktor . Den omdanner varmen som genereres ved å dele atomer til elektrisitet, via enheter som kalles Stirling -motorer. (Atomkraftverk, derimot, bruker vanligvis denne varmen til å lage turbin-snuende damp.)

I bakketestserien som ble avsluttet i mars 2018, som ble kjent som KRUSTY (Kilopower Reactor Using Stirling Technology), konverterte reaktoren 30% av fisjonvarmen til elektrisitet, sa McClure. Denne effektiviteten dverger den til RTG -er, som omdanner omtrent 7% av tilgjengelig varme.

'Dette var en ekstremt vellykket test,' sa McClure.

Kilopower -prosjektet startet offisielt i 2015, men arkitektene beviste det grunnleggende konseptet tilbake i 2012, via et eksperiment kalt Demonstration Using Flattop Fissions (DUFF). Og ja, Simpsons -buffs, Kilopower -folket er ditt folk: DUFF og KRUSTY er referanser til det ikoniske animerte TV -programmet. Prosjektmedlem Dave Poston er en stor fan, sa McClure. (For de uinnvidde er Duff ølet foretrukket av Homer Simpson, og degenerert, skatte-unnvikende tøysing Krusty the Clown er vert for et TV-program for barn i 'Simpsons' -universet.)

I slekt: NASAs Human Mars -oppgave vil kreve å leve utenfor landet

Skal du til Mars?

Som navnet antyder, er Kilopower -reaktoren designet for å generere minst 1 kilowatt elektrisk kraft (1 kWe). Ytelsen er skalerbar opp til omtrent 10 kWe, og den kan fungere i omtrent 15 år, sa McClure.

Så fire oppskalerte Kilopower-reaktorer kan dekke energibehovet til NASA-oppdagelsesreisende, med en femte reaktor sannsynligvis landet for å skaffe en reserve. Disse enhetene er mindre enn du kanskje tror. Hele 10 kWe-maskinen ville stå bare 3,4 meter høy, og reaktorkomponenten ville være på størrelse med en gammel søppelbøtte i metall. Reaktorkjernen alene, uten skjerming, ville være omtrent like stor som en rull papirhåndklær, sa McClure.

Likevel er disse bitene tunge. Med skjerming vil hele 10-kWe reaktoren sannsynligvis veie omtrent 4400 kg. (2000 kilo). Noe av denne massen kan pareres ned hvis reaktoren er begravet og derfor ikke krever så mye astronautbeskyttende skjerming, sa McClure. (Uten skjerming ville 10-kWe-reaktoren veie ca. 3300 kg eller 1500 kg.)

Kilopower -reaktorene vil være ganske trygge, understreket han. Enhetene vil ikke slås på før de når dypt rom, så det vil ikke være noen trussel om farlig stråleeksponering selv om reaktorenes raketter krasjer tilbake til jorden. (Å vende bryteren vil ikke nødvendigvis alltid forekomme på overflaten av månen eller Mars, forresten; Kilopower-reaktoren er fleksibel nok til å bli innlemmet i en dyp-rom-sonde uten mye modifikasjon, noe som vesentlig hjelper elektrisk fremdrift , Sa McClure.)

I tillegg er Kilopower selvregulerende, sa McClure. Hvis reaktoren blir for varm, trekker Stirling -motorene mer varme bort fra urankjernen. Og hvis temperaturen synker for mye, trekker kjernen seg naturlig sammen, fanger flere nøytroner og forårsaker flere atomsplittende kollisjoner.

Forresten, en kvartett med operative reaktorer kan gi en Mars -utpost en skikkelig feriefølelse. Disse enhetene må tømme mye 'ekstra' varme i luften på den røde planeten; en konverteringseffektivitet på 30% betyr tross alt 70% av fisjonvarmen. Så de kommer utstyrt med radiatorer. En fremtredende design ser for seg brede, sirkulære radiatorer ved reaktortoppene, noe som gir dem et paraplyutseende.

Kommer snart?

Kilopower -teamet begynte å undersøke mulige demonstrasjonsoppdrag kort tid etter at KRUSTY ble avsluttet, sa McClure.

'Det første som ble kastet på oss var en potensiell månelanding, så vi så på hva et potensielt månesystem ville være,' sa han.

Det konseptoppdraget vil sannsynligvis ikke ende opp med å fly, la McClure til; den rettet seg mot månens nordpol, mens NASAs oppmerksomhet for mannskapsledelse nå er fokusert på månens sørpol. (Byrået tar sikte på å lande astronauter i det sørlige polarområdet innen 2024, som en del av Artemis program .) Men teamet ville ønske et romoppdrag velkommen, hvis NASA virkelig setter i gang et, sa McClure.

'Vi er spente,' sa han. 'Vi gleder oss til kanskje å gjøre noe nytt, forbi dette.'

Kilopower er det første virkelig nye fisjon-reaktorkonseptet som er utviklet i USA de siste 40 årene, la han til. Å få det til verdensrommet ville absolutt være en milepæl, men prosjektet ville ikke være flammende helt nytt.

Fisjonreaktorer har tross alt forlatt jorden. USA har lansert en reaktor i bane, ombord på den eksperimentelle satellitten SNAP-10A i april 1965. (Feilen i en elektrisk komponent stengte reaktoren etter bare 43 dager.) Og Sovjetunionen lanserte mer enn 30 fisjonreaktorer ombord på satellitter fra 1967 til slutten av 1980 -tallet.

Mike Walls bok om jakten på fremmede liv, ' Der ute '(Grand Central Publishing, 2018; illustrert av Karl Tate ), er ute nå. Følg ham på Twitter @michaeldwall . Følg oss på Twitter @Spacedotcom eller Facebook .