Нам потрібно більше потужних ядерних двигунів, щоб досліджувати космос. Виробництво плутонію-238 зростає

У минулому році «Вояджер-2» остаточно прорвався в міжзоряний простір, пройшовши понад 18 мільярдів кілометрів. Ця епічна місія стала можливою завдяки ядерної енергії, на технології якій космічні апарати працювали десятиліттями. Космічні апарати, подібні парі «Вояджерів», оснащені радіоізотопними термоелектричними генераторами (РІТЕГ). Ці двигуни покладаються на те, що по мірі руйнування радіоактивних речовин виділяється тепло. Перетворюючи тепло, вироблене при розпаді плутонію-238 (P-238), електрика, космічний апарат продовжує працювати ще довго після того, як сонячні промені стають тьмяним відблиском.

На чому летять «Вояджеры»

РІТЕГ також стримують нас. Якщо ми хочемо відправляти космічні кораблі — або людей — далі, швидше і частіше, ми не можемо продовжувати покладатися на ті ж самі ядерні технології, які використовували десятиліттями. Як нам розширити наш охоплення?

Наші запаси плутонію-238 практично вичерпані. Перші його партії проводилися в США як побічний продукт створення бойового плутонію-239 під час холодної війни. Щоб продовжувати дослідження, NASA потрібно набагато більше.

Національна лабораторія Ок-Рідж взяла на себе завдання його виробництва в 2012 році. навіть кількох грамів було повільним і ручним процесом. Але минулого місяця вчені з Ок-Рідж оголосили, що нарешті розробили спосіб автоматизації та збільшення виробництва нептуниевых і алюмінієвих гранул, необхідних для виробництва P-238. Гранули перетворюються в дорогоцінний P-238 в процесі спрессовывания в алюмінієвих трубках з наступним опроміненням в реакторі.

Створення цих гранул було самим проблемним місцем у цьому процесі, і виведення людей із цього рівняння також вимагало багато експериментів. «У багатьох ядерних роботах потрібно «випікати і дивитися», каже менеджер програми Боб є уем. «Ви проектуєте, вкладаючи багато факторів безпеки в дизайн; дістаєте; дивіться, працює так, як ви очікували». Після багатьох років роботи з автоматизації вимірювань і виробництва, все вийшло.

Тепер лабораторія виробляє 50 грамів P-238 в рік, але найближчим часом планує вийти до 400 грамів на рік. За прогнозами, річний мети NASA 1,5 кілограма вдасться досягти протягом двох років. Чим більше у нас P-238, тим більше місій ми зможемо відправляти в далекий космос.

Маленькі кроки в космос

NASA також досліджує створення більш ефективних РІТЕГ — вдосконалених багатоцільових РІТЕГ, або УМРИТЭГ. Але щоб здійснити прорив, потрібно шукати щось нове. В кінцевому підсумку знадобляться більш потужні системи. Тільки ядерне ділення може забезпечити таку міць у короткостроковому сценарії, говорить Девід Постон з Національної лабораторії Лос-Аламоса.

Посттон — головний розробник реактора для Kilopower, прототипу реактора поділу, який NASA успішно протестувало в минулому році. Він зможе забезпечувати довгі місією енергією, можливо навіть планетарні аванпосты людей. «Те, як ми втілили це в реальності, спростило все», говорить Постон. «У нас було багато програм космічних реакторів за останні 30 років, але всі вони провалилися. Головним чином тому, що виявилися занадто дорогими». В даний час потужність Kilopower становить 4 кіловата, але вчені сподіваються розігнати його до 10 кВт.

Гігантські стрибки

Не так давно розглядалися і більш футуристичні ідеї, включаючи детонацію атомних бомб в задній частині космічного апарату в так званому імпульсному ядерному двигуні (очевидно, у нього був ряд проблем практично). Але деякі люди все ще працюють над тим, щоб втілити в життя божевільні ідеї.

Одна з цих команд працює Princeton Satellite Systems, яка прагне генерувати мегавати енергії за допомогою термоядерного синтезу. Так, ми перейшли від ват до кіловата і мегаваттам. Ви напевно знайомі з синтезом — він відбувається в небі кожен день, завдяки нашому сонцю. Синтез виробляє в кілька разів більше енергії, ніж поділ, але його важко контролювати.

Princeton Satellite Systems розробляє двигун на прямому синтезі, який використовує магнітні поля для генерації струму в плазмі та його нагрівання до 1 мільярда градусів Цельсія. Команда каже, що тяга, яку в теорії зможе виробляти машина розміром з мінівен, могла б скоротити час у дорозі між сонячними системами більш ніж наполовину (поїздка на Плутон зайняла чотири роки, а не дев'ять), і ще енергія залишилася б.

«Якщо у вас буде енергія до моменту, коли ви досягнете пункту призначення, ви можете провести багато дійсно крутих експериментів», говорить фізик компанії Чарльз Свонсон. «Одна з самих крутих речей, які зробив «Кассіні», це радіолокаційні знімки супутника Сатурна Титану. Але радар потребує багато енергії і обмежений в можливостях. Наявність мегаватної потужності звільняє варіанти».

Компанія отримала величезну кількість коштів від NASA і Міністерства енергетики США, так що хто вірить в успіх цього заходу. Але будемо чесні, успіх прийде не скоро. Термоядерний синтез знаходиться на ранніх стадіях дослідження.

Як думаєте, побачимо це за життя? Розкажіть .