NASA i Departament Energii Stanów Zjednoczonych wybrały trzy propozycje koncepcyjne projektu systemu zasilania wykorzystującego energię pochodzącą z rozszczepienia jądra atomowego. Projekt ma zostać uruchomiony na Księżycu przed końcem dekady.
Dla większości ludzi uzyskanie dostępu do energii elektrycznej sprowadza się do znalezienia najbliższego gniazdka. Poza Ziemią dostęp do elektryczności nie jest tak łatwy. Dzięki wykorzystaniu energii pochodzącej z rozszczepienia jądra atomowego astronauci będą mogli korzystać z niezawodnego źródła zasilania do badania zarówno Księżyca, jak i Marsa.
Projektowany przez NASA system będzie lekki i zdolny do działania niezależnie od lokalizacji, pogody, dostępnego światła słonecznego i innych zasobów naturalnych. W połączeniu z ogniwami słonecznymi, bateriami i ogniwami paliwowymi, budowany system będzie mógł zapewnić energię do obsługi łazików, przeprowadzania eksperymentów i wykorzystywania zasobów Księżyca do produkcji wody, paliwa i innych materiałów do podtrzymywania życia.
Na ilustracji: Wymuszone rozszczepienie atomu uranu 235U na skutek zderzenia z neutronem. Źródło: Wikipedia
Rozszczepienie jądra atomowego to przemiana jądrowa polegająca na rozpadzie jądra na dwa (czasem więcej) fragmenty o zbliżonych masach. Zjawisku towarzyszy emisja neutronów, a także kwantów gamma, które unoszą znaczne ilości energii (kilka MeV na rozpad). NASA ma kilka powodów, by inwestować właśnie w tę technologię:
- Niezawodność: System zasilania bazujący na wykorzystaniu procesów rozszczepienia będzie niezawodny i będzie mógł działać nieprzerwanie przez całą dobę w zacienionych kraterach i podczas długich nocy księżycowych, kiedy wytwarzanie energii ze światła słonecznego jest trudne.
- Moc: System będzie dostarczał co najmniej 40 kilowatów mocy, wystarczającej do nieprzerwanego zasilania 30 gospodarstw domowych przez dziesięć lat.
- Waga: Niewielkie rozmiary i lekkość budowanego systemu ułatwi jego transport na Księżyc, a następnie na Marsa.
Na ilustracji: Wielozadaniowy radioizotopowy generator termoelektryczny (MMRTG). (a) Konfiguracja projektu. (b) Instalacja na łaziku Curiosity. Źródło: raport NASA Comparison of Energy Conversion Technologies for Space Nuclear Power Systems
Istnieją dwie podstawowe opcje technologii wykorzystującej energię nuklearną:
- radioizotopowe systemy zasilania, wykorzystujące naturalne ciepło rozpadu z 238Pu do generowania energii elektrycznej do około 1 kW oraz
- systemy zasilania wykorzystujące reakcję rozszczepienia 235U, które mają możliwość dostarczania energii elektrycznej od kilowatów do megawatów.
Kluczowym elementem kosmicznych systemów energetyki jądrowej jest technologia pozwalająca przekształcić ciepło pochodzące z procesów nuklearnych w energię elektryczną. Systemy nuklearne stanowią korzystną opcję dla misji, które wymagają długotrwałego zasilania w nieprzyjaznym środowisku kosmicznym, gdzie światło słoneczne, konieczne do produkowania energii słonecznej, jest niedostępne lub ograniczone.
Przykładowe misje wykorzystujące energię jądrową obejmują łaziki naukowe na Marsie (np. Curiosity, Mars 2020), lądowniki księżycowe i powierzchniowe Marsa, załogowe placówki na powierzchni, orbitery planetarne głębokiego kosmosu, lądowniki naukowe Ocean World i zrobotyzowane sondy kosmiczne.
Looking to Power Surface Exploration on the Moon on This Week @NASA – June 24, 2022
Więcej informacji:
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Projekt koncepcyjny systemu zasilania na Księżycu. Źródło: NASA