211service.com
En måneatomreaktor
Forskere ved NASA og Department of Energy testede for nylig nøgleteknologier til udvikling af en nuklear fissionsreaktor, der kunne drive en menneskelig forpost på månen eller Mars. Testene beviser, at agenturerne kunne bygge et sikkert, pålideligt og effektivt system inden 2020, året NASA planlægger at returnere mennesker til månen.
Generer strøm: En kraftkonverteringsenhed bestående af to Stirling-motorer, der sidder over for hinanden, er sat op til test på NASAs Marshall Space Flight Center. Pumpet flydende metal bruges til at overføre varme fra reaktoren til motorerne, hvor det omdannes til elektricitet.
En fissionsreaktor fungerer ved at spalte atomer og frigive energi i form af varme, som omdannes til elektricitet. Ideen til at bruge atomkraft i rummet går tilbage til slutningen af 1950'erne, hvor de blev overvejet at levere fremdrift gennem Project Orion. I 1960'erne blev en række kompakte, eksperimentelle rumatomreaktorer udviklet af NASA under Systemer Nuklear Auxiliary Power program. Men bekymringer om den offentlige sikkerhed og en international traktat, der forbyder atomvåben i rummet, stoppede udviklingen.
Nu overvejes atomkraft til måne- og Marsmissioner, fordi den i modsætning til alternativer som solenergi kan levere konstant energi, en nødvendighed for menneskelige livsunderstøttende systemer, genopladning af rovere og minedrift for ressourcer. Solenergisystemer vil også kræve brugen af energilagringsenheder som batterier eller brændselsceller, hvilket tilføjer uønsket masse til systemet. Solenergi er yderligere begrænset, fordi månen er mørk i op til 14 dage ad gangen og har dybe kratere, der kan skjule solen. Mars er længere væk fra solen end enten Jorden eller månen, så der kan høstes mindre solenergi der.
Det nye atomkraftsystem er en del af et NASA-projekt startet i 2006, kaldet Fission Surface Power , der undersøger små reaktorer designet til brug på andre planeter. Mens atomkraft forbliver kontroversiel, siger forskerne, at reaktoren ville være designet til at være fuldstændig sikker og ville blive begravet i sikker afstand fra astronauterne for at beskytte dem mod enhver stråling, den ville generere.
De seneste test undersøgte teknologier, der ville se en atomreaktor koblet med en Stirling-motor, der er i stand til at producere 40 kilowatt energi - nok til at drive en fremtidig måne- eller Mars-forpost.
Vi bygger ikke et system, der har brug for hundredvis af gigawatt strøm som dem, der producerer elektricitet til vores byer, siger Don Palac, projektleder hos NASA Glenn Research Center i Cleveland, OH. Systemet skal være billigt, sikkert og robust, og vores seneste test viste, at vi med succes kan bygge det, siger Palac.
For at generere elektricitet brugte forskerne et flydende metal til at overføre varmen fra reaktoren til Stirling-motoren, som bruger gastryk til at omdanne varme til den nødvendige energi til at generere elektricitet. Til testene brugte forskerne en ikke-nuklear varmekilde. Det flydende metal var en natriumkaliumblanding, der tidligere er blevet brugt til at overføre varme fra en reaktor til en generator, siger Palac, men det er første gang, denne blanding er blevet brugt med en Stirling-motor.
De er meget effektive og robuste, og vi tror på, at det kan vare i otte år uden opsyn, siger Lee Mason, hovedefterforsker af projektet hos Glenn. Systemet fungerede bedre end forventet, siger Palac, og genererede 2,3 kilowatt strøm i et jævnt tempo.
Afkøling: Marc Gibson, en NASA-testingeniør, inspicerer radiatorpanelet, der bruges til at køle fissionskraftsystemet, som bliver testet på Glenn Research Center. Panelet er seks fod gange ni fod. Tyve sådanne radiatorer ville være nødvendige for et fuldskalasystem.
Forskerne udviklede også et letvægts radiatorpanel til at afkøle systemet og aflede varmen fra reaktoren. Prototypepanelet er cirka seks fod gange ni fod - en tyvendedel af størrelsen, der kræves til et fuldskalasystem. Varmen fra et vandkølingssystem cirkuleres til radiatoren, hvor den forsvinder.
Forskerne testede radiatorpanelet i et vakuumkammer ved Glenn, der gentager manglen på atmosfære og de ekstreme temperaturer på månen - fra over 100 grader Celsius om dagen til under 100 grader Celsius om natten. Panelet spredte seks kilowatt energi, mere end forventet - en meget vellykket test, siger Palac. På månen skal panelet også overleve det støvede miljø forårsaget af regolitten.
Til sidst testede forskerne ydeevnen af Stirling-generatoren i et strålingsmiljø kl Sandia National Laboratories i Albuquerque, NM. Målet var at teste motorens ydeevne for at sikre, at materialerne ikke nedbrydes. Generatoren blev udsat for 20 gange den mængde stråling, den ville forvente at se i sin levetid, og overlevede uden væsentlige problemer.
Mason siger, at testene er meget vigtige for at vise systemets gennemførlighed, og at næste skridt er, at forskerne udfører en komplet systemdemonstration ved at kombinere en ikke-nuklear reaktorsimulator med Stirling-motoren og radiatorpanelet. Han siger, at disse test skulle være afsluttet i 2014.
Forskerne arbejder også med systemets kraftoverførsel og elektronik. En månebase har brug for masser af strøm til ting som computere, livsstøtte og til at opvarme sten for at få ressourcer ud som ilt og brint, siger Ross Radel, et seniormedlem af det tekniske personale og en del af den avancerede nukleare konceptgruppe hos Sandia . Hans gruppe arbejder på systemdynamisk analyse, en computermodel, der forudsiger, hvordan reaktoren vil fungere under test. Atomkraft er et springbræt til at bevæge sig længere ud i bemandet rumudforskning, siger Radel.
Det er et fascinerende projekt og den eneste mulige metode til at give strøm til en bemandet tur til Mars, siger Daniel Hollenbach, en forsker i nuklear videnskab og teknologi divisionen ved Oak Ridge National Laboratory, som ikke var involveret i projektet.
Mason siger, at nuklear fission er et af en række koncepter, der bliver testet som en strømkilde til menneskelige missioner til månen og Mars, og hvis valgt, siger han, at teknologien kan implementeres i 2020.