우주에서 핵 에너지. 원자 가속 임펄스
핵 에너지를 사용하여 우주선을 추진하고 미래의 외계 기지나 정착지에서 사용한다는 아이디어는 새로운 것이 아닙니다. 최근 새로운 물결을 일으키며 강대국의 장으로 거듭나면서 시행 가능성이 높아지고 있다.
NASA와 미국 에너지부는 딜러 회사 간 검색을 시작했습니다. 달과 화성의 원자력 발전소 프로젝트. 이것은 장기적인 연구와 정착 프로젝트를 지원해야 합니다. NASA의 목표는 2026년까지 발사 준비를 하는 것입니다. 공장은 지구에서 완전히 제작되고 조립된 다음 안전성을 테스트해야 합니다.
앤서니 칼로미노, 우주 기술국의 NASA 핵 기술 책임자는 다음과 같이 말했습니다. 이 계획은 결국 발사되어 달에 배치될 XNUMX킬로와트 핵분열 시스템을 개발하는 것입니다. (1). 그것은 달 착륙선과 통합되어야 하며 부스터는 그것을 달 궤도. 짐을 싣는 사람 그런 다음 시스템을 표면으로 가져옵니다.
현장에 도착하면 추가 조립이나 시공 없이 즉시 작동 준비가 될 것으로 예상됩니다. 작업은 가능성에 대한 데모이며 솔루션과 그 파생물을 사용하기 위한 출발점이 될 것입니다.
Calomino는 CNBC에서 "시연 중에 기술이 검증되면 미래 시스템을 확장하거나 여러 장치를 함께 사용하여 달과 화성에 대한 장기 임무를 수행할 수 있습니다."라고 설명했습니다. “각각 10킬로와트의 전기를 생산하는 XNUMX개의 장치가 충분한 전력을 제공할 것입니다. 달이나 화성에 전초기지를 세우다.
지상 기반 핵분열 시스템을 사용하여 행성 표면에서 대량의 전기를 생성할 수 있는 능력은 상업화 가능성을 허용하면서 대규모 연구, 인간 전초 기지 및 현장 자원 사용을 가능하게 할 것입니다.”
어떻게 작동할까요? 원자력 발전소? 약간 농축된 형태 핵연료 의지력 핵 코어. 작은 원자로 그것은 에너지 변환 시스템으로 전달될 열을 생성할 것입니다. 전력 변환 시스템은 가연성 연료가 아닌 원자로 열로 작동하도록 설계된 엔진으로 구성됩니다. 이 엔진은 열을 사용하여 전기로 변환하고 조절하여 달과 화성 표면의 사용자 장비에 분배합니다. 방열 방법은 장치의 적절한 작동 온도를 유지하는 데 중요합니다.
원자력 이제 유일한 합리적인 대안으로 간주됩니다. 태양 에너지, 풍력과 수력 쉽게 사용할 수 없습니다. 예를 들어 화성에서 태양의 강도는 계절에 따라 크게 달라지며 주기적인 먼지 폭풍은 몇 달 동안 지속될 수 있습니다.
달에 추운 달 밤은 14일 동안 지속되며 햇빛은 극 근처에서 크게 변하고 영구적으로 그림자가 드리워진 분화구에서는 보이지 않습니다. 이러한 어려운 상황에서 태양광으로부터 에너지를 얻는 것은 어렵고 연료 공급도 제한적입니다. 표면 핵분열 에너지는 쉽고 안정적이며 효율적인 솔루션을 제공합니다.
같지 않은 지상 원자로연료를 제거하거나 교체할 의도가 없습니다. 10년의 임무 끝에는 시설의 안전한 해체를 위한 계획도 있다. Calomino는 "서비스 수명이 끝나면 시스템이 꺼지고 방사능 수준이 사람이 접근하고 작동하기에 안전한 수준으로 점차 감소합니다."라고 설명했습니다. "폐기물 시스템은 승무원이나 환경을 위험에 빠뜨리지 않는 원격 보관 위치로 이동할 수 있습니다."
작고 가벼우면서도 효율적인 원자로 수요가 많음
우주 탐사가 발전함에 따라 우리는 이미 원자력 발전 시스템 소규모로. 이러한 시스템에는 태양계의 먼 곳까지 여행하는 장기간 동력을 공급받는 무인 우주선이 있습니다.
2019년 원자력 추진 우주선 뉴 호라이즌스(New Horizons)는 카이퍼 벨트(Kuiper belt)로 알려진 지역에서 명왕성 너머 멀리 떨어진 근거리에서 본 가장 먼 물체인 울티마 툴레(Ultima Thule)를 통과했습니다. 그는 원자력 없이는 그것을 할 수 없었을 것입니다. 태양 에너지는 화성 궤도 밖에서는 충분한 강도로 이용할 수 없습니다. 화학 소스는 에너지 밀도가 너무 낮고 질량이 너무 크기 때문에 오래 지속되지 않습니다.
장거리 임무에 사용 방사열 발전기 (RTG)는 플루토늄 동위원소 238Pu를 사용하는데, 이는 알파 입자를 방출하여 전기로 변환되는 자연 방사성 붕괴에서 영구적인 열을 생성하는 데 이상적입니다. 88년의 반감기는 장기 임무를 수행할 것임을 의미합니다. 그러나 RTG는 외계 기지는 말할 것도 없고 장기 임무, 더 큰 선박에 필요한 높은 비동력을 제공할 수 없습니다.
예를 들어, 화성이나 달 탐사와 정착을 위한 솔루션은 NASA가 수년 동안 테스트해 온 소형 원자로 설계일 수 있습니다. 이러한 장치는 다음과 같이 알려져 있습니다. 킬로파워 핵분열 에너지 프로젝트 (2)는 1~10kW의 전력을 공급하도록 설계되었으며 추진 시스템에 전력을 공급하거나 외계 우주체에 대한 연구, 채광 또는 식민지를 지원하기 위해 조정된 모듈로 구성할 수 있습니다.
아시다시피 질량은 우주에서 중요합니다. 원자로 전력 일반 차량의 무게를 초과해서는 안 됩니다. 예를 들어 우리가 알고 있듯이 최근 쇼에서 SpaceX 팔콘 헤비 로켓자동차를 우주로 발사하는 것은 현재 기술적인 문제가 아닙니다. 따라서 경 원자로는 지구 주위와 그 너머 궤도에 쉽게 배치될 수 있습니다.
2. XNUMX 킬로와트 KIlopower 원자로 프로토 타입.
원자로 로켓은 희망과 두려움을 불러일으킨다
전 NASA 관리자 짐 브라이든스타인 그는 여러 번 강조했다. 원자력 열 엔진의 장점, 궤도에서 더 많은 전력을 사용하면 대위성 무기 공격이 발생할 경우 궤도를 도는 우주선이 성공적으로 회피할 수 있다고 덧붙였습니다.
궤도에 있는 원자로 그들은 또한 강력한 군용 레이저에 전원을 공급할 수 있으며 이는 미국 당국에도 큰 관심을 끌고 있습니다. 그러나 핵 로켓 엔진이 첫 비행을 하기 전에 NASA는 핵 물질을 우주로 보내는 것에 관한 법률을 변경해야 합니다. 이것이 사실이라면 NASA의 계획에 따르면 원자력 엔진의 첫 비행은 2024년에 이루어져야 합니다.
그러나 미국은 특히 러시아가 핵 추진 민간 우주선을 건설하기 위한 XNUMX년에 걸친 프로그램을 발표한 이후 핵 프로젝트에 박차를 가하고 있는 것으로 보입니다. 그들은 한때 우주 기술의 확실한 리더였습니다.
60년대에 미국은 오리온 펄스-펄스 핵미사일 프로젝트를 가지고 있었는데, 그것은 너무 강력해서 도시 전체를 우주로 옮기다Alpha Centauri로 유인 비행을 할 수도 있습니다. 그 모든 오래된 판타지 미국 시리즈는 70년대부터 선반에 있었습니다.
그러나 이제 오래된 개념을 털어낼 때입니다. 우주에서 핵 엔진주로 경쟁사(이 경우 주로 러시아)가 최근 이 기술에 큰 관심을 보였기 때문입니다. 핵 열 로켓은 화성까지의 비행 시간을 반으로, 아마도 XNUMX일까지 단축할 수 있습니다. 이는 우주 비행사가 더 적은 자원을 사용하고 승무원에게 더 적은 방사선 부하를 준다는 것을 의미합니다. 또한 "창", 즉 몇 년마다 화성이 지구에 반복적으로 접근하는 것처럼 보이는 것처럼 보입니다.
그러나 우주가 이미 이러한 성격의 큰 위협을 안고 있는 상황에서 온보드 원자로가 추가 방사선원이 될 것이라는 사실을 포함하는 위험이 있습니다. 그게 다가 아닙니다. 원자력 열 엔진 폭발과 오염의 가능성 때문에 지구 대기권에 발사할 수 없습니다. 따라서 발사를 위해 일반 로켓이 제공됩니다. 따라서 우리는 지구에서 궤도로 질량을 발사하는 것과 관련된 가장 비용이 많이 드는 단계를 건너뛰지 않습니다.
NASA 연구 프로젝트 나무 (Nuclear Thermal Rocket Environmental Simulator)는 핵 추진으로 돌아가려는 NASA의 노력의 한 예입니다. 2017년, 기술 복귀에 대한 논의가 있기 전에 NASA는 건설에 필요한 연료 구성 요소 및 원자로를 개발하기 위해 BWX Technologies와 19년 XNUMX만 달러 계약을 체결했습니다. 원자력 엔진. NASA의 최신 우주 핵 추진 개념 중 하나는 Swarm-Probe ATEG Reactor, SPEAR(3)로, 전체 코어 질량을 크게 줄이기 위해 새로운 경량 원자로 감속재와 고급 열전 발전기(ATEG)를 사용할 것으로 예상됩니다.
이를 위해서는 작동 온도를 낮추고 코어의 전체 전력 수준을 낮춰야 합니다. 그러나 감소된 질량은 더 적은 추진력을 필요로 하므로 작고 저렴한 원자력 전기 우주선을 만들 수 있습니다.
3. Swarm-Probe Enabling ATEG Reactor 프로젝트의 프레임워크 내에서 개발된 프로브의 시각화.
아나톨리 페르미노프이것은 러시아 연방 우주국의 책임자가 발표했습니다. 깊은 우주 여행을위한 원자력 우주선을 개발할 것입니다, 자체적이고 독창적인 접근 방식을 제공합니다. 예비 설계는 2013년까지 완료되었으며 향후 9년 동안 개발될 예정입니다. 이 시스템은 원자력 발전과 이온 추진 시스템의 조합이어야 합니다. 원자로에서 나오는 1500°C의 뜨거운 가스는 이온 엔진용 전기를 생성하는 발전기를 돌리는 터빈을 돌려야 합니다.
페르미노프에 따르면, 이 드라이브는 화성에 대한 유인 임무를 지원할 수 있습니다.우주비행사들은 원자력 덕분에 붉은 행성에 30일 동안 머물 수 있었습니다. 화학 엔진보다 300배 더 큰 추력을 가정할 때 핵 엔진과 지속적인 가속으로 화성으로 비행하는 데 총 XNUMX개월이 아닌 XNUMX주가 소요됩니다.
그러나 러시아 프로그램에서 모든 것이 그렇게 순조로운 것은 아닙니다. 2019년 XNUMX월 발트해 로켓 엔진의 일부였던 백해 해안의 러시아 사로프에서 원자로가 폭발했습니다. 액체 연료. 이 재난이 위에서 설명한 러시아의 핵 추진 연구 프로그램과 관련이 있는지 여부는 알려져 있지 않습니다.
그러나 의심할 여지 없이 미국과 러시아, 그리고 아마도 지상에서 중국 간의 경쟁 요소 우주에서 핵 에너지 사용 연구에 강력한 가속화 추진력을 제공합니다.
