เครื่องยนต์ที่จะช่วยให้ยานอวกาศพลังงานนิวเคลียร์บินไปดาวอังคาร

นักวิจัยชาวจีนกำลังพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ขนาด 1.5 เมกะวัตต์ ซึ่งเมื่อขยายใหญ่ขึ้นจะมีความสูงเท่ากับ อาคาร 20 ชั้น ซึ่งจะทำให้สามารถเดินทางไปกลับระหว่างโลกและดาวอังคารได้

ต้นแบบเครื่องปฏิกรณ์ทดลองระบายความร้อนด้วยลิเธียมของจีน ภาพ: สถาบันวิทยาศาสตร์จีน — ต้นแบบเครื่องปฏิกรณ์ทดลองระบายความร้อนด้วยลิเธียมของจีน ภาพ: *สถาบัน วิทยาศาสตร์ จีน*

โครงการความร่วมมือซึ่งครอบคลุมสถาบันวิจัยและมหาวิทยาลัยมากกว่า 10 แห่งทั่วประเทศจีน มีความก้าวหน้าอย่างมากในการเดินทางข้ามดาวเคราะห์ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีฟิชชันนิวเคลียร์ ซึ่งเอื้อต่อ การสำรวจ ดาวอังคารในวงกว้าง ในรายงานที่ตีพิมพ์ในวารสาร Scientia Sinica Technologica ของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน ทีมงานระบุว่าระบบเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบที่ระบายความร้อนด้วยลิเธียมของพวกเขาผ่านการทดสอบภาคพื้นดินเบื้องต้นหลายครั้ง ซุน รายงานเมื่อวันที่ 19 มีนาคม

ผลการทดสอบยืนยันโซลูชันทางเทคโนโลยีสำคัญหลายประการที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวจีนคิดค้นขึ้นเพื่อย่อขนาดเตาปฏิกรณ์ขนาดเมกะวัตต์ ซึ่งมีกำลังสูงกว่าระบบที่นาซาสร้างขึ้นถึง 7 เท่า ให้เหลือขนาดที่ไม่เคยมีมาก่อน เมื่อนำไปใช้งานในอวกาศ เตาปฏิกรณ์ขนาด 1.5 เมกะวัตต์นี้ รวมถึงแผงระบายความร้อน อาจมีความสูงเท่ากับอาคาร 20 ชั้น แต่เมื่ออยู่บนพื้น เตาปฏิกรณ์จะสามารถพับเก็บเป็นภาชนะที่มีน้ำหนักน้อยกว่า 8 ตันได้

การออกแบบนี้ทำให้ระบบเครื่องปฏิกรณ์ติดตั้งและปล่อยจรวดได้ง่าย ตามคำกล่าวของทีมวิจัยที่นำโดยอู๋ อี้คาน นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (Academy of Sciences) เครื่องปฏิกรณ์ยังสามารถรักษาเสถียรภาพการทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของอวกาศได้เป็นเวลานาน แหล่งพลังงานกำลังสูงนี้จะทำให้ทั้งนักบินอวกาศและสัมภาระเดินทางไปกลับได้สะดวก ปูทางไปสู่การสำรวจดวงจันทร์และดาวอังคารในวงกว้าง ตามรายงานวิจัย

นักวิทยาศาสตร์บางคนประเมินว่ายานอวกาศพลังงานนิวเคลียร์สามารถเดินทางไปกลับระหว่างโลกและดาวอังคารได้ภายในเวลาเพียงสามเดือน ปัจจุบันชุมชนวิทยาศาสตร์เห็นพ้องต้องกันว่าเทคโนโลยีนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับภารกิจระหว่างดาวเคราะห์ ในทางตรงกันข้าม ยานอวกาศที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างระบบ Starship ซึ่งกำลังพัฒนาโดยบริษัท SpaceX ของสหรัฐอเมริกา อาจใช้เวลาอย่างน้อยเจ็ดเดือนจึงจะถึงดาวอังคาร ตามการประมาณการบางส่วน จรวด Starship เป็นศูนย์กลางของแผนการของ NASA ที่จะส่งนักบินอวกาศไปยังดวงจันทร์ภายในสิ้นทศวรรษนี้ เช่นเดียวกับความทะเยอทะยานของ Elon Musk ซีอีโอของ SpaceX ที่จะสร้างอาณานิคมบนดาวอังคาร แต่การเดินทางเที่ยวเดียวไปยังดาวเคราะห์สีแดงนั้นจำเป็นต้องใช้ระบบช่วยชีวิตขนาดมหึมา

โครงการอาร์เทมิสของนาซาวางแผนที่จะติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บนดวงจันทร์และใช้เทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกันเพื่อสร้างฝูงยานอวกาศสำหรับการตั้งอาณานิคมบนดาวอังคาร สหภาพยุโรปได้ริเริ่มโครงการพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียร์สามโครงการ นอกจากนี้ รัสเซียยังได้เริ่มโครงการยานอวกาศพลังงานนิวเคลียร์ในยุคสงครามเย็นอีกครั้ง ทีมงานของอู๋กล่าวว่า รัสเซียมีความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วที่สุดในการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีสำคัญๆ หลายอย่างในสาขานี้ รวมถึงเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำหรับอวกาศ

นักวิจัยกล่าวว่า เครื่องปฏิกรณ์ของจีนจะให้ความร้อนสูงถึง 1,276 องศาเซลเซียส ผ่านการแตกตัวของเชื้อเพลิงยูเรเนียม ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ ความร้อนที่รุนแรงนี้จะขยายตัวของเหลวของธาตุเฉื่อย เช่น ฮีเลียมและซีนอน ให้กลายเป็นก๊าซ ซึ่งจะนำไปใช้เป็นพลังงานให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ปฏิกิริยาลูกโซ่จะก่อให้เกิดนิวตรอนเร็ว ทำให้สามารถจ่ายพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและต่อเนื่องอย่างน้อย 10 ปี ด้วยการใช้ลิเธียมเหลว ทีมงานสามารถทำให้เครื่องปฏิกรณ์มีขนาดเล็กลงได้ เนื่องจากธาตุนี้มีคุณสมบัตินำความร้อนสูงและน้ำหนักเบา

โดยทั่วไปแล้ว ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนและแผ่นป้องกันรังสีจะใช้พื้นที่มากในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ แต่อู๋และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าพวกเขาได้พัฒนาเทคโนโลยีที่รวมทั้งสองเข้าด้วยกันเป็นหนึ่งเดียว ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์ทำจากโลหะผสมทังสเตน ซึ่งสามารถถ่ายเทความร้อนในวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมกับป้องกันรังสีที่เป็นอันตราย ตามรายงาน เทคโนโลยีใหม่ๆ อื่นๆ ได้แก่ วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง ในขั้นตอนนี้ แหล่งความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบคือแหล่งจ่ายไฟภายนอก แผนของทีมคือการเพิ่มแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพื่อให้เครื่องปฏิกรณ์สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพในขั้นตอนต่อไปของโครงการทดสอบ

การทดสอบนี้ช่วยแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการผสานระบบระบายความร้อนที่ใช้ลิเธียมเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Brayton ซึ่งพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 19 ในฐานะเครื่องยนต์ลูกสูบและใช้งานกันอย่างแพร่หลายในการบินอวกาศด้วยพลังงาน งานวิจัยและการพัฒนาที่สำคัญต่อไปคือความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์ในระหว่างการปล่อยและการปฏิบัติงาน สิ่งสำคัญคือต้องไม่มีความเสี่ยงจากการระเบิดนิวเคลียร์ แม้ว่าเครื่องปฏิกรณ์จะตกลงสู่พื้นโลกก็ตาม ทีมโครงการยังวางแผนที่จะประยุกต์ใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) ในการทำงานอัตโนมัติในระยะยาวของเครื่องปฏิกรณ์ในอวกาศ โดยใช้เทคโนโลยีการวินิจฉัยและแก้ไขปัญหาอัตโนมัติ

อันคัง (อ้างอิงจาก เดอะซัน )

ลิงค์ที่มา