Vi har brug for kraftigere atommotorer til at udforske længere og hurtigere ud i rummet

NASA

Sidste år, Voyager 2 brød endelig igennem i det interstellare rum efter at have rejst mere end 11,2 mia miles. Denne episke mission blev muliggjort af atomkraft, teknologien, der har drevet rumfartøjer i årtier.

Rumfartøjer som Voyager-parret er drevet af radioisotop termoelektriske generatorer eller RTG'er. Disse motorer er afhængige af, at radioaktive stoffer frigiver varme, når de nedbrydes. Ved at omdanne den varme, der genereres af henfaldet af plutonium-238 (P-238) til elektricitet, fortsætter rumfartøjer længe efter, at solens stråler er et fjernt glimt.

Men RTG'er begrænser os også. Hvis vi vil sende rumfartøjer - eller mennesker - længere, hurtigere og oftere, kan vi ikke blive ved med at stole på de samme årtier gamle nukleare teknologier. Hvordan kan vi udvide vores rækkevidde?

Hvad sker der lige nu

Vores forsyning af plutonium-238 løber tør. Den originale batch blev lavet i USA som et biprodukt af at skabe plutonium-239 af våbenkvalitet under den kolde krig. For at blive ved med at udforske har NASA brug for meget mere.

Oak Ridge National Lab påtog sig opgaven med at fremstille den i 2012. Det var en langsom manuel proces at lave selv et par gram. Men i sidste måned, forskere ved Oak Ridge annonceret de havde endelig udviklet en måde at automatisere og opskalere produktionen af ​​neptunium og aluminium pellets, der er nødvendige for at fremstille P-238. Pellets omdannes til dyrebar P-238 ved at presse og omslutte dem i aluminiumsrør og bestråle dem i en reaktor.

At skabe disse pellets var den største flaskehals i processen, og at tage mennesker ud af ligningen krævede en masse eksperimenter. I meget atomarbejde er det kok og udseende, siger programleder Bob Wham. Du designer det, sætter en masse sikkerhedsfaktorer på design; tag det ud; og se om den fungerer som forventet. Efter mange års arbejde med at automatisere måling og fremstilling gjorde det det.

Laboratoriet laver nu 50 gram P-238 om året, men forventer snart at være op til 400 gram om året. Den forudser, at den vil være i stand til at ramme NASAs årlige mål på 1,5 kg inden for to år. Jo flere P-238 vi har, jo flere missioner kan vi sende til det dybe rum.

Små skridt

NASA har også undersøgt at lave mere effektive RTG'er kaldet eMMRTG'er eller forbedrede multi-mission RTG'er. Men for virkelig at tage et større skridt fremad, er vi nødt til at se på noget nyt. Til sidst får vi brug for systemer med højere effekt. Kun fission kan levere det i enhver form for kortsigtet scenarie, siger Los Alamos National Laboratory-forsker David Poston.

NASA

Gå ind Kilopower .

Poston er chefreaktordesigner for Kilopower, en prototype fissionsreaktor fra NASA med succes testet sidste år. Det kunne give magt i løbet af lange missioner, muligvis endda til menneskelige planetariske forposter. Den måde, vi udviklede det til at være gennemførligt, var at forenkle tingene, siger Poston. Vi har haft masser af rumreaktorprogrammer i løbet af de sidste 30 år, men de har alle fejlet. Mest fordi de blev for dyre. Kilopower har i øjeblikket en effekt på 4 kilowatt, men forskerne håber at nå 10 kW.

Kæmpespring

Der har været nogle kage-i-sky-atomideer i et stykke tid, herunder detonerende atombomber bag på rumfartøjet i det, der kaldes nuklear puls fremdrift (du kan muligvis se et par praktiske problemer med den). Men nogle mennesker arbejder stadig på at gøre nogle lige så skøre ideer til virkelighed.

Et af disse hold er hos Princeton Satellite Systems, som søger at generere megawatt strøm ved hjælp af fusion. Ja, vi er gået fra watt til kilowatt til megawatt. Du er sikkert bekendt med fusion - det sker på himlen hver dag takket være vores sol. Fusion producerer flere gange den mængde energi, fission skaber, men det er svært at kontrollere.

Princeton Satellite Systems er ved at udvikle en direkte fusionsdrev , som bruger magnetiske felter til at generere strøm i plasma og varme det op til 1 milliard °C. Holdet siger, at den kraft, som maskinen i minivan-størrelse (teoretisk set) ville producere, ville reducere rejsetiden mellem solsystemet med mere end det halve (ture til Pluto ville tage omkring fire år i stedet for ni), med strøm til overs.

Oak Ridge National Laboratory, US Department of Energy

Hvis du har magt, når du kommer dertil, kan du lave en masse rigtig fede eksperimenter, siger firmaets fysiker Charles Swanson. En af de fedeste ting Cassini gjorde er radarbilleder af Saturns måne Titan. Men radaren er strømkrævende og var begrænset. At have en megawatt strøm frigør muligheder.

Virksomheden har modtaget en masse finansiering fra NASA og det amerikanske energiministerium, så det ser ud som om nogen tror, ​​at dette månebillede kunne fungere. Men lad os være ærlige: det kommer ikke til at ske snart - eller endda i vores levetid. Fusion er stadig i de tidligste stadier af forskning her på Jorden.

Alligevel er det stadig sjovt at forestille sig, hvad det kan gøre muligt. Det kunne være det spring, vi har brug for for at fastholde vores ture til de ydre planeter og videre.

skjule