Зa пoслeдниe нeскoлькo лeт интeрeс кoсмичeскиx aгeнств вроде NASA к созданию человеческих колоний на других планетах (и на Луне) сильно вырос. Не последнюю роль в этом сыграл в том числе Илон Маск, который никак не оставляет попыток отправить кого-нибудь на Марс (если бы техника позволяла, мне кажется, он сам бы туда уже отправился). Но если отбросить вопросы транспортировки астронавтов, основной проблемой является обеспечение автономности колоний и удешевление строительства. Не говоря о космической радиации, вероятностях проблем со здоровьем при долгих космических полетах, суровой среде, дефиците воды и кислорода. И если с этими проблемами пока не удалось разобраться, обеспечить колонии энергией NASA может уже сейчас.
Самый маленький ядерный реактор
У Лос-Аламосской национальной лаборатории в США, которая работает в тесном сотрудничестве с NASA, есть один такой источник энергии, который может использоваться для внеземных колоний. Это небольшой ядерный реактор под названием Kilopower. Он имеет всего несколько двигающихся частей и в своей основе использует технологию теплопровода, которая была придумана в Лос-Аламосе еще в 1963 году и использовалась в одной из разновидностей двигателя Стирлинга.
Двигатель Стирлинга состоит из двух камер. Нагретая источником тепла жидкость расширяется, передвигая первый поршень, связанный со вторым с помощью колеса или рычага. Пока существует источник тепла, двигатель продолжает работать.
Двигателю Стирлинга нужен постоянный источник тепла
Компактный ядерный реактор NASA работает несколько иначе, но в его основе тоже лежат тепло и жидкость. Инженеры модифицировали установку так, чтобы она не только вырабатывала ток, но и управляла процессом распада урана-235 для выделения дополнительной энергии и тепла. Жидкость движется внутри замкнутого теплопровода вокруг реактора. Под воздействием тепла ядерного реактора жидкость превращается в пар, на основе которого и работает двигатель Стирлинга. От пара начинает двигаться поршень. Поршень подсоединен к генератору, который производит электричество. В NASA считают, что несколько подобных устройств, работающих в тандеме, могут представлять собой весьма надежный источник электричества, которое можно использовать для самых различных целей в рамках различных космических миссий и задач, включая покорение планетарных тел вроде спутников Юпитера и Сатурна.
Так выглядит самый компактный ядерный реактор
Такой реактор может производить от 1 кВт⋅ч (хватит, чтобы разогреть воду в электрическом чайнике) до 10 кВт⋅ч.
Для эффективной работы колоний на Марсе и создания топлива потребуется примерно 40 кВт⋅ч. Вполне вероятно, что NASA отправит на планету сразу несколько (4-5) подобных реакторов.
Ученые разрабатывают Kilopower на протяжении 8 лет, и пока у них есть рабочий прототип, к релизу он будет готов только к 2022 году. Они хотят, чтобы этот ядерный реактор в буквальном смысле можно было носить с собой, доставить на другую планету с помощью уже существующих ракет-носителей, а также с помощью новой сверхтяжелой платформы SLS.
SLS (Space Launch System) — сверхтяжелая ракета-носитель, которую аэрокосмическое агентство NASA планирует использовать для доставки людей на Луну и Марс. Пока что она на стадии разработки.
Зачем NASA ядерный реактор?
Зачем это нужно? Например, возьмем путешествие на Марс. Нельзя просто отправить туда людей для заселения на космическом корабле, а следом за ними направить еще один корабль с топливом, чтобы они отправились домой. Это крайне глупая идея, поскольку каждый такой полет будет стоит миллиарды долларов. Тем более для этого потребуется построить специальный космический «танкер», заполненный топливом и БЕЗОПАСНО отправить его в космос. Учитывая, что немало ракет взрываются вскоре после взлета, представляете, какой фейерверк устроит ракета, которая вся заполнена топливом?
Поэтому космическим человеческим колониям требуется источник энергии, с помощью которой они смогут производить и кислород, и топливо для своих космических аппаратов. В роли такого источника как раз должен выступить ядерный реактор Kilopower.
Почему нельзя отправить туда ядерный реактор побольше? Из-за полного отсутствия воздуха на Луне, Марсе или других планетах существенно усложнится задача по охлаждению ядерного реактора. В Kilopower ядерное топливо охлаждается водой, а паровой двигатель преобразует энергию тепла и давления в движение и электричество.
И нет, это не тот самый ядерный реактор «Железного человека». В том случае в основе лежит совсем другая технология — термоядерный синтез. Более легкие атомы сталкиваются вместе и превращаются в более тяжелые, выделяя огромное количество энергии по пути. Пока что создание такого реактора — только утопия, хотя Китай и Великобритания давно грезят подобными технологиями.