Kako mali nuklearni reaktor može napajati koloniju na Marsu ili šire

Patrick McClure i David Poston

Umjetnikova ilustracija kišobranskih toplinskih radijatora četiri Kilopower nuklearna reaktora bacaju sjene na površinu Marsovca. Slika: NASA

Kada zamislimo slanje ljudi da žive na Marsu, Mjesecu ili drugim planetarnim tijelima u ne tako dalekoj budućnosti, primarno je pitanje: Kako ćemo napajati njihovu koloniju? Ne samo da će im trebati energija za stvaranje životnog okruženja, nego će im trebati i da se vrate na Zemlju. Za daleka planetarna tijela, poput Marsa, neučinkovito je dovoditi gorivo za put kući; jednostavno je preteška. To znači da astronauti trebaju izvor energije za proizvodnju tekućeg kisika i pogonskog goriva.

Ali kakav je izvor energije mali, ali dovoljno snažan da pouzdano napaja izvanzemaljsko stanište?

Uđite u Kilopower, mali nuklearni reaktor koji je dizajniran u Nacionalnoj laboratoriji Los Alamos u suradnji s NASA-om za koju se agencija nada da će jednog dana napajati koloniju na Marsu, mjesecu ili šire.

Sjajnost Kilopower-a je njegova jednostavnost: S malo pokretnih dijelova koristi tehnologiju toplinskih cijevi, izumljenu u Los Alamosu 1963. godine, za pogon Stirlingovog motora. Evo kako to djeluje: Zatvorena cijev u toplinskoj cijevi cirkulira tekućinu oko reaktora, skupljajući toplinu i noseći ga do Stirlingova motora. Tamo toplinska energija tlači plin da bi pokrenuo klip spojen na motor koji stvara električnu energiju. Upotreba dva uređaja u tandemu stvara jednostavno, pouzdano napajanje električnom energijom koje se može prilagoditi za svemirske primjene, uključujući istraživanje ljudi i svemirske misije na vanjska planetarna tijela poput Mjeseca Jupitera i Saturna.

Kilopočni reaktori kreću se od 1 kilovata - što je dovoljno za napajanje tostera za kućanstvo - do 10 kW. Za učinkovito pokretanje staništa na Marsu i stvaranje goriva potrebno bi bilo oko 40 kW, tako da bi NASA vjerojatno poslala četiri do pet reaktora na površinu planeta.

Prednosti nuklearne energije su u tome što je lagana i pouzdana. Drugi izvori energije zahtijevaju previše goriva - što ih čini pretežima - ili ih se ne može računati u svim godišnjim dobima. Solarna snaga se, primjerice, oslanja na stalnu sunčevu svjetlost. To na Marsu nedostaje, jer to ovisi o vremenu dana, vremenu u godini, položaju na površini planeta i jačini olujnih prašina planeta, koje mogu trajati mjesecima. Nuklearna energija djeluje bez obzira na vrijeme ili doba dana. Također, broj potrebnih solarnih panela i baterija ponovno će učiniti raketu na Marsu izuzetno teškom - što zahtijeva više goriva.

Što je sljedeće?

Eksperimenti za testiranje Kilopower-a - zvani KRUSTY (Kilopower Reactor koristeći Stirling tehnologiju) - započeli su krajem prošle godine na lokaciji Nacionalne sigurnosti Nevade (NNSS) i kulminirat će testom jezgre reaktora u zraku na punu radnu temperaturu ovog proljeća. Osim Los Alamosa, NASA-e i NNSS-a, eksperiment se provodi u suradnji s NASA-inim istraživačkim centrom Glenn, Centrom za svemirske letove Marshall i kompleksom nacionalne sigurnosti Y-12, zajedno s NASA-inim izvođačima SunPower i Advanced Cooling Technologies.

Rad na ovoj tehnologiji nije novost. KRUSTY nadograđuje eksperiment iz 2012. koji je proveo tim iz Los Alamosa, NNSS i Glenn koji je pokazao prvo korištenje toplinske cijevi za hlađenje malog nuklearnog reaktora i napajanje Stirlingovog motora. Ovi novi eksperimenti nadolaze se na znanju koje smo stekli tim eksperimentom.

Dok gledamo u budućnost, potencijal da nuklearna energija pojača planove za dugoročno stanište na drugim planetarnim tijelima prilično je izvanredna. Iako je upravljanje kolonijom samo jedno od mnogih složenih tehničkih pitanja na koja moramo odgovoriti kada razmišljamo o slanju ljudi na druge planete, ono je kritično važno. Kilopower bi mogao biti odgovor. Uzbuđeni smo što vidimo gdje će nas to odvesti.

Patrick McClure voditelj je projekta Kilopower u Nacionalnoj laboratoriji američkog ministarstva energetike Los Alamos u Novom Meksiku. David Poston glavni je projektant reaktora, također u Los Alamosu.