كيف يمكن لمفاعل نووي صغير أن يشغل مستعمرة على المريخ أو ما وراءه

باتريك مكلور وديفيد بوستون

رسم الفنان على شكل مشعات حرارية شبيهة بالمظلات لأربعة مفاعلات نووية من طراز Kilopower تلقي بظلالها على سطح المريخ. الصورة: ناسا

عندما نتخيل إرسال البشر ليعيشوا على سطح المريخ أو القمر أو أي كواكب أخرى في المستقبل غير البعيد ، فإن السؤال الأساسي هو: كيف سنساعد مستعمرتهم؟ لن يحتاجوا فقط إلى الطاقة لخلق بيئة صالحة للسكن ، بل سيحتاجون إليها أيضًا للعودة إلى الأرض. بالنسبة إلى الكواكب البعيدة ، مثل المريخ ، فإنه من غير الفعال جلب الوقود للعودة إلى المنزل ؛ انها ثقيلة جدا. وهذا يعني أن رواد الفضاء يحتاجون إلى مصدر طاقة لإنتاج الأكسجين السائل والوقود الدافع.

ولكن أي نوع من مصادر الطاقة صغير ولكنه قوي بما يكفي لتشغيل موئل خارج كوكب الأرض؟

أدخل Kilopower ، وهو مفاعل نووي صغير تم تصميمه في مختبر لوس ألاموس الوطني بالتعاون مع وكالة ناسا التي تأمل الوكالة أن تقوم في يوم من الأيام بتزويد مستعمرة على سطح المريخ أو القمر أو ما بعده.

تألق Kilopower هو بساطته: مع أجزاء متحركة قليلة ، فإنه يستخدم تقنية أنابيب الحرارة ، التي تم اختراعها في لوس ألاموس في عام 1963 ، لتشغيل محرك ستيرلينغ. وإليك طريقة عملها: يقوم الأنبوب المغلق في أنبوب الحرارة بتدوير السائل حول المفاعل ، والتقاط الحرارة ونقله إلى محرك Stirling. هناك ، تعمل الطاقة الحرارية على الضغط على الغاز لتشغيل مكبس إلى جانب محرك يولد الكهرباء. باستخدام الجهازين جنبا إلى جنب يخلق امدادات الطاقة الكهربائية بسيطة وموثوقة التي يمكن تكييفها للتطبيقات الفضائية ، بما في ذلك استكشاف الإنسان وبعثات علوم الفضاء إلى الهيئات الكوكبية الخارجية مثل أقمار كوكب المشتري وزحل.

تتراوح مفاعلات كيلو باور من 1 كيلووات - حوالي كافية لتشغيل محمصة منزلية - إلى 10 كيلو واط. لتشغيل موطن على كوكب المريخ بشكل فعال وتوليد الوقود ، ستكون هناك حاجة إلى حوالي 40 كيلوواط ، لذلك من المحتمل أن ترسل ناسا أربعة إلى خمسة من المفاعلات إلى سطح الكوكب.

مزايا الطاقة النووية هي أنها خفيفة الوزن وموثوقة. تتطلب مصادر الطاقة الأخرى إما الكثير من الوقود - مما يجعلها ثقيلة للغاية - أو لا يمكن الاعتماد عليها في جميع الفصول. الطاقة الشمسية ، على سبيل المثال ، تعتمد على ضوء الشمس ثابت. هذا شيء يفتقر إلى المريخ ، لأنه يعتمد على الوقت من اليوم ، والوقت من السنة ، والموقع على سطح الكوكب وشدة العواصف الترابية لهذا الكوكب ، والتي يمكن أن تستمر لعدة أشهر. الطاقة النووية تعمل بغض النظر عن الطقس أو الوقت من اليوم. أيضا ، فإن عدد الألواح الشمسية والبطاريات المطلوبة من شأنه أن يجعل الصاروخ إلى المريخ ثقيلا للغاية - تتطلب المزيد من الوقود.

ماذا بعد؟

بدأت تجارب اختبار كيلوبور - التي يطلق عليها KRUSTY (مفاعل كيلو باور باستخدام تقنية ستيرلنج) - في أواخر العام الماضي في موقع نيفادا للأمن القومي (NNSS) وستتوج باختبار لب المفاعل الشبيه بالطيران عند درجة حرارة التشغيل الكاملة هذا الربيع. بالإضافة إلى Los Alamos و NASA و NNSS ، يتم إجراء التجربة بالتعاون مع مركز أبحاث جلين التابع لناسا ومركز مارشال لرحلات الفضاء ومجمع الأمن القومي Y-12 ، إلى جانب مقاولي ناسا SunPower و Advanced Cooling Technologies.

العمل على هذه التكنولوجيا ليست جديدة. تعتمد KRUSTY على تجربة عام 2012 أجراها فريق من Los Alamos و NNSS و Glenn أظهروا أول استخدام لأنبوب حراري لتبريد مفاعل نووي صغير وتشغيل محرك Stirling. تعتمد هذه التجارب الجديدة على المعرفة التي اكتسبناها من تلك التجربة.

بينما نتطلع إلى المستقبل ، فإن إمكانات الطاقة النووية لدعم خطط الموائل طويلة الأجل على الكواكب الأخرى غير عادية إلى حد كبير. على الرغم من أن تشغيل مستعمرة ما هو إلا واحد من العديد من الأسئلة الفنية المعقدة التي يجب الإجابة عليها عندما نفكر في إرسال البشر إلى كواكب أخرى ، فهي مهمة للغاية. Kilopower يمكن أن يكون جيدا للغاية الجواب. نحن متحمسون لمعرفة أين سيأخذنا.

باتريك مكلور هو رائد مشروع Kilopower في مختبر لوس ألاموس الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في نيو مكسيكو. ديفيد بوستون هو مصمم المفاعل الرئيسي في لوس ألاموس.