Концептуальное изображение проекта НАСА по поверхностной энергетике. Кредит: НАСА
НАСА завершает начальный этап своего проекта «Поверхностная энергетика деления», который был сосредоточен на разработке концептуальных проектов небольшого ядерного реактора деления, генерирующего электричество, который можно было бы использовать во время будущей демонстрации на Луне, а также для обоснования будущих проектов для Марса.
В 2022 году НАСА заключило три контракта на 5 миллионов долларов, поручив каждому коммерческому партнеру разработать первоначальный проект, включающий реактор; системы преобразования энергии, отвода тепла, управления и распределения энергии; сметные затраты; и график разработки, который может проложить путь к обеспечению устойчивого присутствия человека на поверхности Луны в течение как минимум 10 лет.
«Демонстрация ядерного источника энергии на Луне необходима, чтобы показать, что это безопасный, чистый и надежный вариант», — сказала Труди Кортес, директор программы «Демонстрационные миссии технологий» в Дирекции космических технологий НАСА в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне.
«Лунная ночь сложна с технической точки зрения, поэтому наличие такого источника энергии, как этот ядерный реактор, который работает независимо от Солнца, является благоприятным вариантом для долгосрочных исследований и научных усилий на Луне».
Хотя солнечные энергетические системы на Луне имеют ограничения, ядерный реактор можно разместить в постоянно затененных местах (где может быть водяной лед) или непрерывно генерировать электроэнергию в течение лунных ночей, которые длятся 14 с половиной земных дней.
НАСА разработало требования к этому первоначальному реактору, чтобы они были открытыми и гибкими, чтобы сохранить способность коммерческих партнеров предлагать творческие подходы для технической проверки.
«Существовало большое разнообразие подходов; все они были очень уникальны друг от друга», — сказал Линдси Калдон, менеджер проекта по поверхностной энергетике в Исследовательском центре Гленна НАСА в Кливленде. «Мы специально не предъявляли им особых требований, потому что хотели, чтобы они мыслили нестандартно».
Тем не менее, НАСА уточнило, что реактор должен оставаться менее шести метрических тонн и быть в состоянии производить 40 киловатт (кВт) электроэнергии, обеспечивая достаточное количество энергии для демонстрационных целей и дополнительную мощность, доступную для запуска лунных обиталищ, марсоходов, резервных сетей или научных экспериментов. . В США мощность 40 кВт в среднем может обеспечить электроэнергией 33 домохозяйства.
НАСА планирует постоянное присутствие на Луне и, в конечном итоге, на Марсе. Безопасная, эффективная и надежная энергия станет ключом к будущим исследованиям роботов и людей. Кредит: НАСА
НАСА также поставило цель, чтобы реактор был способен работать в течение десятилетия без вмешательства человека, что является ключом к его успеху. Безопасность, особенно в отношении дозы радиации и защиты, является еще одним ключевым фактором конструкции.
Помимо установленных требований, партнерства предполагали, что реактор будет дистанционно включаться и управляться. Они выявили потенциальные неисправности и рассмотрели различные виды топлива и конфигурации. Наличие наземных ядерных компаний в сочетании с компаниями, имеющими опыт в космосе, породило широкий спектр идей.
НАСА планирует продлить три контракта Фазы 1, чтобы собрать больше информации до Фазы 2, когда промышленности будет предложено спроектировать последний реактор для демонстрации на Луне. Эти дополнительные знания помогут агентству установить требования Фазы 2, говорит Калдон.
«Мы получаем много информации от трех партнеров», — сказал Калдон. «Нам придется потратить некоторое время, чтобы обдумать все это и посмотреть, что имеет смысл перейти к этапу 2, и извлечь лучшее из этапа 1, чтобы установить требования для разработки системы с низким уровнем риска в дальнейшем».
Открытый тендер для Этапа 2 запланирован на 2025 год.
После второго этапа намеченный срок доставки реактора на стартовую площадку — начало 2030-х годов. На Луне реактор завершит годичную демонстрацию, за которой последуют девять лет эксплуатации. Если все пойдет хорошо, конструкция реактора может быть обновлена для потенциального использования на Марсе.
Помимо подготовки ко второму этапу, НАСА недавно заключило контракты с Rolls Royce North American Technologies, Brayton Energy и General Electric на разработку преобразователей энергии Brayton.
Тепловая энергия, вырабатываемая при ядерном делении, перед использованием должна быть преобразована в электричество. Конвертеры Брайтона решают эту проблему, используя разницу тепла для вращения турбин внутри конвертеров. Однако нынешние преобразователи Брайтона тратят много тепла, поэтому НАСА поставило перед компаниями задачу сделать эти двигатели более эффективными.
