中国の研究者らは、拡張すると20階建てのビルと同じ高さになり、地球と火星の往復旅行を可能にする1.5メガワットの原子炉を開発している。
中国の実験用リチウム冷却原子炉のプロトタイプ。写真： 中国科学院
中国全土の10以上の研究機関と大学が参加する共同プロジェクトは、核分裂技術の開発により惑星間旅行に向けて大きな進歩を遂げ、火星の大規模探査を可能にした。中国科学院の学術誌「Scientia Sinica Technologica」に掲載された論文の中で、研究チームは試作型のリチウム冷却原子炉システムが複数の初期地上試験に合格したと発表したと、3月19日付のサン紙が報じた。
試験結果は、中国の科学者とエンジニアが考案した、NASAが構築したシステムの7倍の出力を誇るメガワット級の原子炉を前例のないサイズに縮小するためのいくつかの重要な技術的ソリューションを裏付けた。宇宙空間で完全に展開されると、ヒートシンクを含めた1.5メガワットの原子炉は20階建てのビルに匹敵する高さになる可能性がある。しかし、地上では8トン未満の重量のコンテナに折りたたまれる。
科学院の科学者である呉一燦氏率いるチームによると、この設計により、原子炉システムはロケットへの搭載と打ち上げが容易になる。また、この原子炉は宇宙の過酷な環境下でも長期間にわたり安定した稼働を維持できる。論文によると、この高出力電源は宇宙飛行士と貨物の往復飛行を可能にし、月と火星への大規模探査への道を開くという。
一部の科学者は、原子力宇宙船なら地球と火星の往復をわずか3ヶ月で完了できると推定しています。科学界は今や、この技術が惑星間ミッションに不可欠であることで一致しています。一方、米国企業SpaceXが開発中のStarshipシステムのような化石燃料宇宙船は、一部の推計によると、火星到達に少なくとも7ヶ月かかる可能性があります。Starshipロケットは、NASAが2020年代末までに宇宙飛行士を月面に着陸させる計画、そしてSpaceX CEOのイーロン・マスク氏の火星植民地化構想の中核を成しています。しかし、赤い惑星への片道旅行には、大規模な生命維持システムが必要になります。
NASAのアルテミス計画は、月面に原子炉を設置し、同様の技術を用いて火星移住のための宇宙船群を建造する計画です。欧州連合（EU）は、原子力関連の宇宙技術開発のための3つのプロジェクトを開始しました。ロシアも冷戦時代の原子力宇宙船プロジェクトを再開しました。ウー氏のチームによると、ロシアは宇宙用核燃料を含むいくつかの主要技術の研究開発において、最も速い進歩を遂げています。
研究者らによると、中国の原子炉はウラン燃料の核分裂反応により1,276℃まで加熱され、これはほとんどの商用原子力発電所の運転温度をはるかに上回る。この高熱によってヘリウムやキセノンなどの不活性元素の液体が膨張し、ガスとなって発電機に電力を供給する。この連鎖反応によって高速中性子が生成され、少なくとも10年間、効率的かつ継続的な電力供給が可能になる。研究チームは、液体リチウムを用いることで、その高い熱伝導率と軽量性を活かし、原子炉の小型化を実現した。
熱交換器と放射線シールドは通常、原子炉の設計において多くのスペースを占めるが、ウー氏らはこれら2つを1つに統合する技術を開発したと述べている。論文によると、この原子炉の熱交換器はタングステン合金製で、有害な放射線を遮断しながら回路内の熱を効率的に伝達できる。その他の新技術には、高温耐腐食性材料も含まれる。現段階では、原子炉プロトタイプの熱源は外部電源である。チームは、試験プログラムの次の段階で核燃料棒を追加し、原子炉を完全稼働させる計画である。
この試験は、19世紀にピストンエンジンとして開発され、動力宇宙飛行で広く使用されたブレイトン発電機とリチウムベースの冷却システムを組み合わせることの実現可能性を実証するのに役立ちました。今後の研究開発の主要な焦点は、打ち上げ時および運用時の原子炉の安全性です。原子炉が地球に落下した場合でも、核爆発の危険がないことが必要です。プロジェクトチームはまた、自動診断およびトラブルシューティング技術を用いて、宇宙における原子炉の長期自律運用に人工知能を適用する計画です。
アン・カン（孫文による）
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