A jövő űrkolóniáinak energiaforrása
(Rovat: Emberes Mars-utazás?, Új eszközök és anyagok , Távoli világok kutatói - 2018.04.04 07:15.)

A NASA Glenn Űrközpontjában elkészült egy olyan nukleáris energiatermelő egység prototípusa, amelyik holdi és marsi kolóniák ellátására is alkalmas lehet.

A NASA januárban jelentette be, hogy elkészült egy maghasadással működő atomreaktor prototípusa, amelynek tesztelését tavaly novemberben kezdték meg, és az várhatóan márciusig tart. Az energiaforrás alkalmas lehet az elkövetkező évtizedek mindazon űrkutatási küldetéseinek energiaellátására, amelyeknél napelemekkel ez nem biztosítható (távoli célpontok vagy nagy energiaigényű kolóniák esetében).

A Naprendszer távoli vidékeire induló űreszközök energiaellátását többnyire radioizotópos termoelektromos generátorokkal (RTG) biztosították, illetve például a Curiosityre ennek korszerűsített, kisebb tömegű és biztonságosabb változata, az MMRTG került. (Ugyanakkor egyes távolra indított küldetések, például a Juno vagy a Rosetta napelemekkel termelik/termelték az elektromos energiát, de ehhez igen nagy napelemtáblákra van szükség.) Az RTG-k használata azonban két okból is problémás. Egyrészt, az RTG a plutónium–238 izotóp bomlási hőjét alakítja át elektromossággá, a Pu–238 beszerzése viszont nehézségekbe ütközik, amint azzal több korábbi cikkünkben is foglalkoztunk. Másrészt, az RTG-vel legfeljebb néhány száz watt elektromos teljesítmény állítható elő (ez a bomlás miatt folyamatosan csökken, bár csak 88 év alatt csökken a felére), amely energiamennyiség gondos beosztással elég lehet egy automata űrszonda működtetéséhez, egy holdi vagy marsi kolónia számára azonban semmiképpen.

A nukleáris energiaforrások használata az űrkutatásban a múltban, a Kilopower működése és lehetőségei (Forrás: NASA, YouTube)

A felmerülő űrkutatási igények kielégítésére kezdte meg a NASA Glenn Kutatóközpontja (Cleveland, Ohio) a Kilopower nevű, kis, maghasadással működő atomreaktor fejlesztését, amely legalább 10 éven keresztül folyamatosan 10 kilowatt elektromos teljesítményt szolgáltatna. (Egyetlen ilyen egység több átlagos amerikai háztartás energiaellátása is megfelelő lenne, ha az egyes csoportok által gerjesztett hisztéria miatt a közvélemény nem irtózna betegesen a nukleáris energiától – az űrtevékenység esetében például itt írtunk erről.) A Glenn Kutatóközpontban a Los Alamos Nemzeti Laboratóriummal együttműködve egyelőre a berendezés 1 kilowattos változatát készítették el, miután 2012-ben az ötletet megvalósíthatónak minősítették. Az uránnal működő reaktormagot az Oak Ridge-i Y-12 Nemzetbiztonsági Létesítmény gyártotta, majd az elkészült berendezést tavaly novemberben a Nevadai Nemzetbiztonsági Telephelyen kezdték tesztelni. A tesztelés utolsó fázisában, idén márciusban 28 órán keresztül maximális teljesítménnyel történő működés közben vizsgálják az eszközt.

Mindenekelőtt a berendezés nukleáris biztonságosságát vizsgálták. (Erre annál is inkább szükség volt, mert az amerikaiak már két, a világűrbe küldött nukleáris generátort is elvesztettek. Az egyik 1964-ben röviddel a start után az Indiai-óceán fölött elégett a légkörben, a másik pedig az Apollo–13 holdfelszíni kísérleteit energiával ellátó egység volt, amelynek a Holdon kellett volna maradnia, ehelyett azonban a holdkomppal együtt a Mariana-árok mélyén végezte.) A Kilopower esetében megállapították, hogy az nem jelent sugárzásveszélyt. Egy átlag amerikai embert évente a háttérsugárzásból eredően 620 millirem sugárzás ér, amihez az emberi szervezet teljesen alkalmazkodott. Ha egy Kilopower reaktor a start során elveszne és megsérülne, a Los Alamos Nemzeti Laboratórium számításai szerint a maximális sugárzás nem érné el az 1 milliremet, de valószínűleg inkább a mikrorem nagyságrendben maradna.

Az újfajta energiaforrás lelke a maghasadással termelt hőt mechanikai energiává alakító Stirling-motor. (Kép: NASA / Glenn Research Center)

A Kilopower reaktor az urán hasadását használja energiatermelésre. A reaktor a Stirling-motor elvén működik, amelyben az urán hasadásából származó hőt egy folyadék (a Kilopower esetében folyékony fém) összenyomásával és tágulásával alakítják át mechanikai energiává. A mechanikai energia hajtja az elektromos energiát termelő generátort. A Stirling-motor legfőbb előnye a hagyományos MMRTG-vel szemben a legalább négyszeres hatásfok.

A marsi telepek energiaellátását Kilopower egységek biztosíthatják. (Kép: NASA / Glenn Research Center)

A Kilopower generátor optimális energiaforrás lenne a távolabbi jövőben az Uránuszhoz és/vagy a Neptunuszhoz indítandó küldetések számára éppúgy, mint a tervek szerint a Titán légkörében röpködő drón számára (Dragonfly). Alkalmazhatnák a Deep Space Gateway platformban is, és természetesen a Hold, majd a Mars felszínén.

A Kilopower mint a jövő marsi telepeinek ideális energiaforrása (Forrás: Los Alamos National Lab, YouTube)