Существуют ли безопасные альтернативы РИТЭГам для исследования внешней Солнечной системы?

Реакторы деления могут прекрасно работать для космических зондов, и это, вероятно, произойдет. В настоящее время в агентствах США ведутся проекты по разработке дизайна для этого. В частности, демонстрация с использованием плоского деления (DUFF) .

Почему ядерный реактор?

• Он не сильно радиоактивный при запуске
• Он может быть компактным
• Может иметь большую мощность
• Не подлежит ограничению поставок топлива

Предполагается, что вы будете использовать обогащенный уран. Такой реактор, вероятно, будет использовать уран с 20-процентным обогащением, потому что это граница между официально оружейным материалом. Хотя этот материал несколько проблематичен с политической точки зрения, никаких проблем со здоровьем нет, пока реактор не будет запущен. Держать его в руках можно было совершенно безопасно, хотя вам бы никогда не позволили.

Следующее, что беспокоит людей, это «что, если он случайно включится?» Вот почему космический реактор будет использовать барабаны управления. У нас есть много исследований по ядерной безопасности космических реакторов, потому что они рассматривались для полетов на Луну и многого другого на протяжении многих десятилетий. Управляющие стержни могут быть принудительно помещены в реактор, если произойдет авария, но управляющие барабаны должны вращаться, и для этого нет разницы в плотности. Они заперты на месте, пока довольно далеко от поверхности Земли.

Если реактор упадет в океан, он рассчитан на то, чтобы не выйти из строя. Вы будете мчаться как черти, чтобы вернуть его, потому что вы не хотите, чтобы какая-либо подозрительная группа забрала свободный ядерный реактор, а МАГАТЭ пристально следит за потоками ядерных материалов по всему миру. Если бы вещь сгорела и была разбросана по большой площади, это было бы неприятно, но рака не возникнет.

Реактор деления в космосе может производить чрезвычайно большие мощности. Космический зонд будет иметь чрезвычайно скромную конструкцию с низким выгоранием (топливной эффективностью) и пассивным охлаждением. Но даже в этом случае он даст больше энергии, чем любой РИТЭГ или солнечная батарея. Вам понадобится много экранирования между реактором и самим зондом, и между частями будет большое физическое разделение.

Системы накопления химической энергии (SCEPS) являются одной из возможных альтернатив. От НАСА :

Системы хранения химической энергии (SCEPS) десятилетиями использовались в торпедах ВМС США. Эта высокоэнергетическая и мощная технология может надежно храниться годами. На этапе I мы проанализировали применимость SCEPS к исследованию Солнечной системы на месте, пытаясь выяснить, можно ли его адаптировать для питания посадочного модуля, направляемого к цели без использования солнечного света в качестве источника энергии. Мы разработали кандидатскую миссию на поверхность Венеры, показав, что SCEPS можно использовать для питания космических кораблей и спускаемых аппаратов. Команда сравнила его с обычными батареями и системами с питанием от плутония, обе из которых имеют недостатки, которые преодолевает SCEPS. Наша концепция обещает энергетическое решение, которое может намного превысить эксплуатационную мощность существующих батарей, позволяя продолжать захватывающие исследования, несмотря на отсутствие доступного плутония. Мы предлагаем продолжить исследования по применению SCEPS для исследовательских миссий, которые не могут питаться от солнечного света. В этом исследовании мы доработаем миссию Венеры, изучавшуюся в Фазе I. Мы также расширим наше понимание полезности SCEPS для исследования лун, комет, астероидов и других целей, где солнечного света недостаточно для питания миссии. Мы будем взаимодействовать с лидерами в области научного планирования малых тел, внешних планет и роботизированных миссий на нашу собственную Луну и определим первое и наиболее эффективное использование SCEPS в космосе. Будет проведен эксперимент для определения производительности SCEPS при использовании CO2 в качестве окислителя, что приблизительно соответствует использованию ресурсов атмосферы Венеры на месте. Цели науки о Венере будут пересмотрены, чтобы подготовить концепцию Венеры к следующему уровню изучения. Выделяются два ключевых риска. Во-первых, это наша способность снизить мощность с текущей реализации SCEPS до уровня, близкого к космическому кораблю. Приземлившиеся системы на Марсе, например, имели уровни мощности порядка сотен ватт, что намного меньше, чем многие тысячи киловатт, которые SCEPS обеспечивает для торпеды ВМС США. Предлагаемая здесь работа приведет к лучшему пониманию операций SCEPS на уровнях мощности, соответствующих исследованию космоса. Второй риск – это сжигание ресурсов на месте. В случае миссии ALIVE в качестве окислителя предлагается атмосферный CO2. Анализ, проведенный на этапе I, показывает, что реакция даст необходимое количество тепла для питания посадочного модуля. Использование ресурсов in situ имеет свои преимущества: в случае миссии ALIVE это уменьшает массу расходных материалов, которые в противном случае пришлось бы включать в день запуска, на сотни килограммов. На этапе II мы ищем экспериментальное подтверждение того, что эта реакция может быть инициирована и поддерживаться на уровнях мощности, необходимых для такого посадочного модуля. Мы видим возможность расширить наше понимание влияния, которое SCEPS может оказать на исследование Солнечной системы. Безсолнечную среду Венеры действительно можно исследовать с помощью SCEPS, но многие холодные, лишенные солнца регионы также могут получить пользу. Отправка системы SCEPS для питания посадочного модуля на поверхности Европы, в озерах или дюнах Титана может вернуть существенную науку, которая в противном случае осталась бы неизвестной или, по крайней мере, сильно задержалась бы, поскольку сообщество работает над решением проблемы доступности плутония. Мы разработаем модель с несколькими переменными для функции и производительности SCEPS, используя передовые инструменты и методы визуализации и исследования торгового пространства. Торговое пространство будет включать информацию, полученную от заинтересованных сторон. Инструменты торгового пространства позволят нам увидеть пересечение возможностей SCEPS и полезности миссии. Коллективные результаты исследования будут использованы для создания дорожной карты дальнейшего развития SCEPS для использования в космосе. На этапе II мы стремимся расширить понимание того, как лучше всего использовать эту технологию, и спланировать путь развития, разработав дорожную карту для продвижения TRL SCEPS в космосе, которая отражает цели НАСА в области изучения Солнечной системы в этом десятилетии. Торговое пространство будет включать информацию, полученную от заинтересованных сторон. Инструменты торгового пространства позволят нам увидеть пересечение возможностей SCEPS и полезности миссии. Коллективные результаты исследования будут использованы для создания дорожной карты дальнейшего развития SCEPS для использования в космосе. На этапе II мы стремимся расширить понимание того, как лучше всего использовать эту технологию, и спланировать путь развития, разработав дорожную карту для продвижения TRL SCEPS в космосе, которая отражает цели НАСА в области изучения Солнечной системы в этом десятилетии. Торговое пространство будет включать информацию, полученную от заинтересованных сторон. Инструменты торгового пространства позволят нам увидеть пересечение возможностей SCEPS и полезности миссии. Коллективные результаты исследования будут использованы для создания дорожной карты дальнейшего развития SCEPS для использования в космосе. На этапе II мы стремимся расширить понимание того, как лучше всего использовать эту технологию, и спланировать путь развития, разработав дорожную карту для продвижения TRL SCEPS в космосе, которая отражает цели НАСА в области изучения Солнечной системы в этом десятилетии.

В зависимости от использования, а также того, что вы подразумеваете под «внешней солнечной системой», солнечные панели доходят до точки, где их можно использовать. Например, Juno , который в настоящее время находится на орбите вокруг Юпитера, использует солнечные батареи. По мере того, как солнечные панели становятся более эффективными, они могут быть более полезными для более удаленных планет. С другой стороны, как вы заметили, марсоход Curiosity научной лаборатории Марса использует РИТЭГи.

В течение последних пятидесяти лет в космических путешествиях использовались три различных энергетических метода.

1. Солнечные панели: идеально, не требуют топлива, но по мере увеличения расстояния от солнца эффективность значительно падает. Солнечная мощность падает вдвое от Земли до Марса, за поясом астероидов она практически бесполезна.
2. Топливные элементы: Аполлон с питанием, космический шаттл. Обеспечить питание на несколько дней/недель. но риск неисправности и взрыва, хотя они имеют приличный послужной список надежности. Но нет и близкой выносливости, необходимой для дальних поездок.
3. РИТЭГи: Надежны, практически не требуют обслуживания, работают годами. Недостатком является очень низкая выходная мощность, в среднем 150-300 Вт. Ни у одного построенного в США РИТЭГа не было аварий, приводящих к загрязнению окружающей среды. Российские РИТЭГи, которые она построила для питания удаленных маяков и маяков, после десятилетий забвения пришли в негодность и стали жертвами вандализма или кражи металла.

Ядерные реакторы предлагают единственный реальный потенциальный источник энергии для долгосрочного исследования внешних планет на большие расстояния. Но проблема не в реакторе, а в способе преобразования энергии. Таким генератором может быть турбина или двигатель Стирлинга; Однако у обоих есть движущиеся части, которые, если они выходят из строя, делают всю систему мертвой, термоэлектрическое преобразование возможно, но процесс не очень эффективен, однако деление происходит при более высокой температуре, эффективность процесса термоэлектрического преобразования немного повышается, но износ и разрыв более высоких температур берет на себя ответственность за термопары. Чрезвычайно надежный и простой двигатель должен быть спроектирован, испытан и построен. Надежность не в милях, как у грузовика, а в надежности в часах. К счастью, реактор не Не нужно работать на полной скорости/мощности во время транспортировки, когда миссия продолжается, реактор разгоняется (вместе с двигателем), когда миссия начинается. Термоэлектрическое преобразование без движущихся частей кажется более безопасным, но использование двигателей дает больше мощности для более надежных и сложных инструментов. С источником питания реактора, обеспечивающим выходную мощность почти в 1000 раз, можно использовать весь набор современных датчиков, камер и передатчиков с высоким разрешением. И Термоэлектрические генераторы в тандеме с двигателями; казалось бы более безопасным для использования. С источником питания реактора, обеспечивающим выходную мощность почти в 1000 раз, можно использовать весь набор современных датчиков, камер и передатчиков с высоким разрешением. И Термоэлектрические генераторы в тандеме с двигателями; казалось бы более безопасным для использования. С источником питания реактора, обеспечивающим выходную мощность почти в 1000 раз, можно использовать весь набор современных датчиков, камер и передатчиков с высоким разрешением. И Термоэлектрические генераторы в тандеме с двигателями; казалось бы более безопасным для использования.