Dlaczego USA chcą zbudować reaktor jądrowy na Księżycu?

Amerykańska Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) przyspiesza realizację planów budowy 100-kilowatowej elektrowni jądrowej na Księżycu, pod nowym kierownictwem p.o. dyrektora Seana Duffy'ego.

Plan ten jest odpowiedzią na trwające od dziesięcioleci marzenie o wykorzystaniu energii jądrowej w kosmosie. Takie rozwiązanie mogłoby otworzyć przed Stanami Zjednoczonymi nowe możliwości, a jednocześnie zakwestionować przepisy prawne regulujące korzystanie z zasobów i środowisk pozaziemskich.

„Myślę, że ktokolwiek dotrze tam pierwszy, mógłby ogłosić strefę zakazaną. To znacznie ograniczyłoby możliwości USA do ustanowienia obecności na Księżycu w ramach programu Artemis, jeśli nie dotrzemy tam wystarczająco wcześnie” – powiedział Duffy, nawiązując do programu Artemis NASA, którego celem jest powrót Amerykanów na Księżyc w nadchodzących latach.

Nowe wytyczne przedstawiają pięcioletni plan zaprojektowania, wystrzelenia i zainstalowania reaktora o mocy 100 kilowatów (kW) na biegunie południowym Księżyca. Program NASA będzie realizowany we współpracy z partnerami komercyjnymi.

Dla porównania, 100 kW zasiliłoby około 80 amerykańskich domów. Choć niewielka, stanowiłaby ogromny wzrost mocy w porównaniu z podstawowymi generatorami jądrowymi, które zasilają łaziki marsjańskie i inne pojazdy kosmiczne. Reaktory te generują zaledwie kilkaset watów, mniej więcej tyle samo, co toster lub mocna żarówka halogenowa.

Wpływ nowego projektu „będzie przełomowy nie tylko dla Księżyca, ale dla całego Układu Słonecznego” – powiedział Bhavya Lal, były p.o. dyrektora ds. technologii, polityki i strategii NASA. Umieszczenie reaktora jądrowego na Księżycu pozwoliłoby branży kosmicznej „projektować systemy kosmiczne w oparciu o to, co chcemy osiągnąć, a nie ograniczać się do dostępnej mocy”.

Czy budowa reaktora w 2030 roku jest możliwa?

Zbudowanie elektrowni jądrowej na Księżycu w czasie krótszym niż dekada jest zadaniem nie lada wyzwaniem, jednak wielu ekspertów uważa, że jest to możliwe.

„Cztery i pół roku to bardzo napięty harmonogram, ale technologia jest dostępna” – powiedział profesor Simon Middleburgh, współdyrektor Instytutu Przyszłości Energii Jądrowej na Uniwersytecie w Bangor w Wielkiej Brytanii.

Jak dotąd największą przeszkodą nie była technologia, ale brak realnej potrzeby budowy reaktora poza Ziemią. Istniała również wola polityczna , by przeforsować ten plan. Teraz to się zmienia.

„Inwestowaliśmy przez ponad 60 lat, wydaliśmy dziesiątki miliardów dolarów, ale ostatni raz Stany Zjednoczone wysłały reaktor w kosmos w 1965 roku” – powiedział Lal, nawiązując do misji SNAP-10A, która wyniosła pierwszy reaktor jądrowy w kosmos. „Przełom nastąpił w zeszłym roku, kiedy po raz pierwszy w historii NASA wybrała energię jądrową jako technologię zasilania powierzchni Ziemi w załogowych misjach na Marsa”.

„Polityka jest teraz jasna” – dodała. „Ważne jest, aby sektor prywatny nie tylko chciał wykorzystywać energię jądrową w kosmosie, ale także ją dostarczać”. Dodała, że duże firmy z branży lotniczo-kosmicznej, takie jak Boeing i Lockheed Martin, a także startupy, badają obecnie zastosowania energii jądrowej poza Ziemią.

Program Artemis ma na celu stworzenie fundamentów pod budowę stałej bazy na południowym biegunie Księżyca i opracowanie technologii umożliwiającej wysłanie ludzi na Marsa. Tak czy inaczej, misje załogowe w tak surowym środowisku jak Księżyc będą wymagały niezawodnego i obfitego źródła energii. „Wahania grawitacji i temperatury na Księżycu są ekstremalne. W ciągu dnia temperatura wynosi 100°C, a w nocy niemal zero absolutne. Cała elektronika musi być odporna na promieniowanie” – powiedział Lal.

Tymczasem Chiny planują również budowę bazy na biegunie południowym Księżyca. Supermocarstwa interesują się tym regionem, ponieważ jest on bogaty w złoża i lód, co mogłoby wspierać eksplorację i długoterminowe osadnictwo. Chiny negocjują z Rosją budowę reaktora na biegunie południowym Księżyca do 2035 roku, co skłoniło NASA, Departament Obrony i Departament Energii do przyłączenia się do wyścigu.

Jak działa projekt

Dyrektywa Duffy'ego nie ujawniła wielu szczegółów dotyczących projektu ani rozmiarów proponowanego reaktora. Nie jest też jasne, jakie pomysły pojawią się w nadchodzących miesiącach.

„Aby zwiększyć konkurencyjność i pozycję lidera Ameryki na powierzchni Księżyca w ramach programu Artemis, NASA dynamicznie rozwija technologię rozszczepienia jądrowego na powierzchni” – napisała Bethany Stevens, rzeczniczka prasowa NASA w Waszyngtonie, w e-mailu do Wired. NASA wyznaczy nowego kierownika programu, który będzie zarządzał projektem i w ciągu 60 dni opublikuje zapytanie ofertowe do firm. NASA ogłosi również więcej szczegółów w najbliższej przyszłości”.

Nowe wytyczne odzwierciedlają ustalenia niedawnego raportu na temat energii jądrowej w kosmosie, którego współautorami są Lal i inżynier lotnictwa i kosmonautyki Roger Myers. W raporcie tym przedstawiono plan „Go Big or Go Home”, którego celem jest zbudowanie 100-kilowatowego reaktora na Księżycu do 2030 roku.

Według Lala projekt o mocy 100 kW „jest równoważny wystrzeleniu w kosmos dwóch dorosłych słoni afrykańskich i składanego parasola wielkości boiska do koszykówki”. Różnica polega na tym, że „te słonie emitują ciepło, a parasol nie służy do blokowania słońca, lecz do rozpraszania ciepła w kosmos”.

Inspiracją dla NASA mógł być projekt Surface Fission Project, który rozpoczął się w 2020 roku, a którego celem było zbudowanie reaktora o mocy 40 kW, który mógłby zostać autonomicznie rozmieszczony na Księżycu. Chociaż nie jest jeszcze jasne, która firma zdobędzie kontrakt na budowę reaktora o mocy 100 kW, wersja 40 kW przyciągnęła wiele jednostek, takich jak Aerojet Rocketdyne, Boeing i Lockheed Martin. Wśród zaangażowanych sił znalazły się również firmy jądrowe BWXT, Westinghouse, X-Energy, firma inżynieryjna Creare oraz firmy zajmujące się technologią kosmiczną Intuitive Machines i Maxar.

W projekcie o mocy 40 kW firmy uczestniczące w projekcie nie spełniły wymogu maksymalnej masy 6 ton. Jednak nowe wytyczne Duffy'ego zakładają, że reaktor będzie transportowany ciężkimi barkami desantowymi zdolnymi do przenoszenia ładunku o masie do 15 ton.

Reaktor o mocy 100 kW, paliwo uranowe, systemy chłodzenia i inne komponenty mogłyby zostać przetransportowane na Księżyc za pomocą licznych startów i lądowań. Elektrownia mogłaby zostać umieszczona w kraterze po uderzeniu meteorytu, a nawet pod powierzchnią Księżyca, aby uniknąć skażenia w razie wypadku.

„Obsługa pieca na Księżycu byłaby technicznie trudna” – powiedział Wiredowi Carlo Giovanni Ferro, inżynier lotnictwa i kosmonautyki z Politechniki Turyńskiej we Włoszech. „Ponieważ Księżyc nie ma atmosfery, nie można polegać na przepływie powietrza, jaki występuje na Ziemi, aby rozproszyć ciepło”.

Ponadto grawitacja Księżyca, która stanowi zaledwie jedną szóstą grawitacji Ziemi, będzie miała wpływ na dynamikę płynów i wymianę ciepła, a regolit (pył i gruz pokrywający powierzchnię Księżyca) może zakłócać działanie systemów chłodzenia i innych podzespołów. Ogólnie rzecz biorąc, powiedział, plan NASA jest wykonalny, ale wciąż bardzo ambitny.

Ryzyko i korzyści

Wszystkie technologie jądrowe wymagają rygorystycznych przepisów bezpieczeństwa. Wymagania są jeszcze wyższe w przypadku systemów wystrzeliwanych poza Ziemię i lądujących w obcych środowiskach.

Zdaniem ekspertów, najlepszym rozwiązaniem nie jest szukanie rozwiązań dla każdego potencjalnego problemu, jaki może się pojawić. Zamiast tego, należy zastanowić się nad tym, czy problem można ominąć już na etapie projektowania.

Każde rozmieszczenie reaktora jądrowego na Księżycu, niezależnie od tego, czy miałoby to zrobić NASA, Chiny, czy ktokolwiek inny, musiałoby spełniać wysokie standardy na każdym etapie. Na przykład paliwo uranowe prawdopodobnie byłoby otoczone sztywną warstwą ochronną, aby zapobiec wyciekowi w przypadku awarii rakiety nośnej.

Oprócz solidnej strategii bezpieczeństwa, wyścig o umieszczenie energii jądrowej na Księżycu ustanowi nowe precedensy dla prawa i polityki kosmicznej. Kraj lub organizacja, która dotrze tam jako pierwsza, prawdopodobnie ustanowi „strefy zamknięte” ze względów bezpieczeństwa. Strefy te mogą mieć powierzchnię kilku kilometrów kwadratowych, uniemożliwiając tym samym konkurentom zbliżenie się.

Energia jądrowa w kosmosie była marzeniem od pokoleń. Ale teraz eksperci wierzą, że nadszedł jej czas. Jeśli reaktory jądrowe staną się powszechne poza Ziemią, możliwości ludzkości w zakresie eksploracji i eksploatacji kosmosu znacznie wzrosną.

„Dzięki takiej mocy możemy stworzyć trwałą infrastrukturę powierzchniową na Księżycu i Marsie. Możemy uruchomić systemy wydobywcze, aby pozyskiwać tlen, wodę i paliwo do zamieszkania przez ludzi, nie tylko po to, by przetrwać, ale i by żyć komfortowo” – powiedział Lal. „Możemy prowadzić badania naukowe na dużą skalę, bez konieczności zmniejszania naszych instrumentów ze względu na zużycie energii, od radarów po sejsmometry. To fundament, na którym możemy otworzyć drzwi do Układu Słonecznego. I to mnie naprawdę ekscytuje”.

Pierwszy kraj, który z powodzeniem umieści reaktor na Księżycu, będzie miał ogromny wpływ na kształtowanie przyszłości, a potencjalni konkurenci przyspieszają. Zatem nowy wyścig kosmiczny nie polega na tym, kto pierwszy dotrze na Księżyc, ale na tym, kto wytrzyma dłużej.

(Wietnam+)

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