Waarom wil de VS een kernreactor op de maan bouwen?

De Amerikaanse National Aeronautics and Space Administration (NASA) versnelt de plannen om een kerncentrale van 100 kilowatt op de maan te bouwen, onder nieuwe leiding van waarnemend directeur Sean Duffy.

Het plan doet een decennialange droom herleven: kernenergie inzetten in de ruimte. Deze stap zou de Verenigde Staten nieuwe mogelijkheden kunnen bieden, maar zou ook de wettelijke regels omtrent het gebruik van buitenaardse hulpbronnen en omgevingen ter discussie stellen.

"Ik denk dat degene die er als eerste aankomt een no-go zone kan instellen. Dat zou de mogelijkheid van de VS om een aanwezigheid op de maan te vestigen onder het Artemis-programma aanzienlijk beperken als we er niet vroeg genoeg zijn", zei Duffy, verwijzend naar NASA's Artemis-programma, dat tot doel heeft Amerikanen in de komende jaren terug naar de maan te brengen.

De nieuwe richtlijnen schetsen een vijfjarenplan voor het ontwerpen, lanceren en installeren van een reactor van 100 kilowatt (kW) op de zuidpool van de maan. NASA's programma zal samenwerken met commerciële partners.

Ter vergelijking: 100 kW zou ongeveer 80 Amerikaanse huishoudens van stroom voorzien. Hoewel klein, zou het een enorme toename in vermogen zijn vergeleken met de basiskerngeneratoren die Marsrovers en andere ruimtevaartuigen van stroom voorzien. Deze reactoren genereren slechts een paar honderd watt, ongeveer net zoveel als een broodrooster of een krachtige halogeenlamp.

De impact van het nieuwe project "zal baanbrekend zijn, niet alleen voor de maan, maar voor het hele zonnestelsel", aldus Bhavya Lal, voormalig waarnemend directeur van NASA's Director of Technology, Policy and Strategy. De plaatsing van een kernreactor op de maan zou de ruimtevaartindustrie in staat stellen "ruimtesystemen te ontwerpen op basis van wat we willen doen, in plaats van beperkt te worden door de hoeveelheid energie die we hebben."

Is het mogelijk om in 2030 een reactor te bouwen?

Het bouwen van een kerncentrale op de maan in minder dan tien jaar is een enorme opgave, maar veel deskundigen geloven dat het mogelijk is.

"Vier en een half jaar is een extreem krap tijdsbestek, maar de technologie is er", aldus professor Simon Middleburgh, mededirecteur van het Institute for Nuclear Energy Futures aan de Universiteit van Bangor in het Verenigd Koninkrijk.

Het grootste obstakel tot nu toe was niet de technologie, maar het gebrek aan echte behoefte aan een buitenaardse reactor. Bovendien was er de politieke wil om het plan door te zetten. Daar komt nu verandering in.

"We hebben meer dan 60 jaar geïnvesteerd, tientallen miljarden dollars uitgegeven, maar de laatste keer dat de Verenigde Staten een reactor de ruimte in lanceerden was in 1965", zei Lal, verwijzend naar de SNAP-10A-missie die de eerste kernreactor de ruimte in bracht. "Het grote keerpunt kwam vorig jaar toen NASA voor het eerst in de geschiedenis kernenergie koos als oppervlakte-energietechnologie voor bemande missies naar Mars."

"Het beleid is nu duidelijk", voegde ze eraan toe. "Het belangrijkste is dat de private sector niet alleen kernenergie in de ruimte wil gebruiken, maar deze ook wil leveren." Grote lucht- en ruimtevaartbedrijven zoals Boeing en Lockheed Martin, maar ook startups, doen nu onderzoek naar de toepassingen van kernenergie buiten de aarde, zei ze.

Het Artemis-programma is bedoeld om de basis te leggen voor de bouw van een permanente basis op de zuidpool van de maan en technologie te ontwikkelen om mensen naar Mars te sturen. Hoe dan ook, bemande missies in een omgeving zo bar als de maan vereisen een betrouwbare en overvloedige energiebron. "De zwaartekracht en temperatuurschommelingen op de maan zijn extreem. Overdag is het er 100 °C en 's nachts bijna het absolute nulpunt. Alle elektronica moet stralingsbestendig zijn", aldus Lal.

Ondertussen is China ook van plan een basis te bouwen op de zuidpool van de maan. De grootmachten hebben hun oog laten vallen op de regio vanwege de rijkdom aan grondstoffen en ijs, wat exploratie en kolonisatie op lange termijn zou kunnen ondersteunen. China onderhandelt met Rusland over de bouw van een reactor op de zuidpool van de maan tegen 2035, wat NASA, het Ministerie van Defensie en het Ministerie van Energie ertoe aanzette zich bij de race aan te sluiten.

Hoe het project werkt

Duffy's richtlijn bevatte niet veel details over het ontwerp of de omvang van de voorgestelde reactor. Het is onduidelijk welke ideeën er de komende maanden naar voren zullen komen.

"Om de Amerikaanse concurrentiekracht en leiderschapspositie op het maanoppervlak in het kader van het Artemis-programma te versterken, ontwikkelt NASA snel technologie voor oppervlaktesplijting", schreef Bethany Stevens, persvoorlichter van NASA in Washington, in een e-mail aan Wired. NASA zal een nieuwe programmamanager aanstellen om het project te beheren en zal binnen 60 dagen een aanvraag voor voorstellen aan bedrijven doen. NASA zal binnenkort ook meer details bekendmaken.

De nieuwe richtlijnen weerspiegelen de bevindingen van een recent rapport over kernenergie in de ruimte, dat Lal samen met ruimtevaartingenieur Roger Myers schreef. Daarin werd een ‘Doe het groot of ga naar huis’-plan geschetst dat tot doel heeft om tegen 2030 een reactor van 100 kilowatt op de maan te bouwen.

Het 100 kW-ontwerp, zegt Lal, "staat gelijk aan het de ruimte in lanceren van twee volwassen Afrikaanse olifanten en een opvouwbare paraplu ter grootte van een basketbalveld." Het verschil is dat "deze olifanten warmte uitstralen, en de paraplu is er niet om de zon te blokkeren, maar om de warmte de ruimte in te blazen."

NASA is mogelijk geïnspireerd door het Surface Fission Project, dat in 2020 van start ging met als doel een 40 kW-reactor te bouwen die autonoom op de maan kan worden ingezet. Hoewel het nog niet duidelijk is welk bedrijf de opdracht voor de bouw van de 100 kW-reactor binnenhaalt, heeft de 40 kW-versie de deelname van vele bedrijven aangetrokken, zoals Aerojet Rocketdyne, Boeing en Lockheed Martin. Tot de betrokken partijen behoren ook de nucleaire bedrijven BWXT, Westinghouse en X-Energy, ingenieursbureau Creare en ruimtevaarttechnologiebedrijven Intuitive Machines en Maxar.

In het 40kW-project hebben de deelnemende bedrijven de maximale massa van 6 ton niet gehaald. Duffy's nieuwe richtlijnen gaan er echter van uit dat de reactor zal worden vervoerd door zware landingsvaartuigen die tot 15 ton vracht kunnen vervoeren.

De 100 kW-reactor, uraniumbrandstof, koelsystemen en andere componenten zouden via meerdere lanceringen en landingen naar de maan kunnen worden getransporteerd. De centrale zou in een meteorietinslagkrater kunnen worden geplaatst, of zelfs onder het maanoppervlak om besmetting bij een ongeluk te voorkomen.

"Het bedienen van een oven op de maan zou technisch gezien een uitdaging zijn", vertelde ruimtevaartingenieur Carlo Giovanni Ferro van de Polytechnische Universiteit van Turijn in Italië aan Wired. "Omdat de maan geen atmosfeer heeft, kun je niet vertrouwen op de luchtstroom die je op aarde hebt om warmte af te voeren."

Bovendien zal de zwaartekracht van de maan, die slechts een zesde is van die van de aarde, ook de vloeistofdynamica en warmteoverdracht beïnvloeden, terwijl de regoliet (stof en puin dat het maanoppervlak bedekt) koelsystemen en andere componenten zou kunnen verstoren. Over het geheel genomen, zei hij, is NASA's plan haalbaar, maar nog steeds zeer ambitieus.

Risico's en voordelen

Alle nucleaire technologie vereist strenge veiligheidsvoorschriften. De eisen zijn nog strenger voor systemen die buiten de aarde worden gelanceerd en in buitenaardse omgevingen landen.

Volgens experts is het niet het beste om voor elk mogelijk probleem een oplossing te zoeken, maar om al in de ontwerpfase de vraag te beantwoorden of het probleem vermeden kan worden.

Elke plaatsing van een kernreactor op de maan, of het nu door NASA, China of iemand anders wordt uitgevoerd, zou in elke fase aan hoge eisen moeten voldoen. Zo zou de uraniumbrandstof waarschijnlijk in een stevige beschermlaag worden geplaatst om lekkage te voorkomen bij een storing in de booster.

Naast een solide veiligheidsstrategie zal de race om kernenergie op de maan te plaatsen nieuwe precedenten scheppen voor ruimtevaartwetgeving en -beleid. Welk land of welke organisatie er ook als eerste is, zal waarschijnlijk "no-go zones" instellen om veiligheidsredenen. Deze zones kunnen enkele vierkante kilometers groot zijn, waardoor concurrenten niet in de buurt kunnen komen.

Kernenergie in de ruimte is al generaties lang een droom. Maar nu geloven experts dat het zover is. Als kernreactoren buiten de aarde gemeengoed worden, zal de mensheid de ruimte aanzienlijk kunnen verkennen en exploiteren.

"Met dat soort energie kunnen we een permanente oppervlakte-infrastructuur creëren op de maan en Mars. We kunnen systemen voor de winning van grondstoffen aanleggen om zuurstof, water en brandstof te verkrijgen voor menselijke bewoning, niet alleen om te overleven, maar ook om comfortabel te leven," zei Lal. "We kunnen wetenschap op grote schaal bedrijven, zonder onze instrumenten te hoeven verkleinen vanwege het energieverbruik, van radar tot seismometer. Dat is de basis voor het openen van de deur naar het zonnestelsel. En dat is wat me echt enthousiast maakt."

Het eerste land dat met succes een reactor op de maan plaatst, zal een grote invloed hebben op de vormgeving van de toekomst, en potentiële concurrenten nemen allemaal toe. De nieuwe ruimterace gaat dus niet om wie als eerste op de maan aankomt, maar juist om wie er langer kan blijven.

(Vietnam+)

Bron: https://www.vietnamplus.vn/vi-sao-my-muon-xay-dung-lo-phan-ung-hat-nhan-tren-mat-trang-post1053975.vnp