211service.com
Een maankernreactor
Onderzoekers van NASA en het Department of Energy hebben onlangs sleuteltechnologieën getest voor de ontwikkeling van een kernsplijtingsreactor die een menselijke buitenpost op de maan of Mars zou kunnen voeden. De tests bewijzen dat de agentschappen tegen 2020 een veilig, betrouwbaar en efficiënt systeem kunnen bouwen, het jaar waarin NASA van plan is mensen terug te brengen naar de maan.
Opwekking van vermogen: Een krachtconversie-eenheid bestaande uit twee Stirling-motoren, die tegenover elkaar zitten, wordt opgesteld om te testen in het Marshall Space Flight Center van NASA. Verpompt vloeibaar metaal wordt gebruikt om warmte van de reactor naar de motoren over te brengen, waar het wordt omgezet in elektriciteit.
Een splijtingsreactor werkt door atomen te splitsen en energie vrij te maken in de vorm van warmte, die wordt omgezet in elektriciteit. Het idee om kernenergie in de ruimte te gebruiken dateert uit de late jaren vijftig, toen ze werden overwogen voor het leveren van voortstuwing via Project Orion. In de jaren zestig werd door NASA een reeks compacte, experimentele kernreactoren in de ruimte ontwikkeld onder de Nucleaire hulpstroomsystemen programma. Maar bezorgdheid over de openbare veiligheid en een internationaal verdrag dat kernwapens in de ruimte verbiedt, stopten de ontwikkeling.
Nu wordt kernenergie overwogen voor maan- en Mars-missies omdat het, in tegenstelling tot alternatieven zoals zonne-energie, constante energie kan leveren, een noodzaak voor menselijke levensondersteunende systemen, het opladen van rovers en mijnbouw voor hulpbronnen. Zonne-energiesystemen zouden ook het gebruik van energieopslagapparaten zoals batterijen of brandstofcellen vereisen, waardoor ongewenste massa aan het systeem wordt toegevoegd. Zonne-energie is verder beperkt omdat de maan tot 14 dagen per keer donker is en diepe kraters heeft die de zon kunnen verduisteren. Mars is verder van de zon verwijderd dan de aarde of de maan, dus daar kan minder zonne-energie worden geoogst.
Het nieuwe kernenergiesysteem maakt deel uit van een NASA-project dat in 2006 is gestart, genaamd Kernsplijting Oppervlaktevermogen , dat is het onderzoeken van kleine reactoren die zijn ontworpen voor gebruik op andere planeten. Hoewel kernenergie controversieel blijft, zeggen de onderzoekers dat de reactor volledig veilig zou zijn ontworpen en op veilige afstand van de astronauten zou worden begraven om hen te beschermen tegen eventuele straling die het zou genereren.
Bij de recente tests werden technologieën onderzocht waarmee een kernreactor zou kunnen worden gekoppeld aan een Stirling-motor die 40 kilowatt aan energie kan produceren - genoeg om een toekomstige buitenpost op de maan of Mars van stroom te voorzien.
We bouwen geen systeem dat honderden gigawatt aan stroom nodig heeft, zoals degenen die elektriciteit produceren voor onze steden, zegt Don Palac, de projectmanager bij NASA Glenn Onderzoekscentrum in Cleveland, OH. Het systeem moet goedkoop, veilig en robuust zijn en onze recente tests hebben aangetoond dat we dat met succes kunnen bouwen, zegt Palac.
Om elektriciteit op te wekken, gebruikten de onderzoekers een vloeibaar metaal om de warmte van de reactor over te brengen naar de Stirling-motor, die gasdruk gebruikt om warmte om te zetten in de energie die nodig is om elektriciteit op te wekken. Voor de tests gebruikten de onderzoekers een niet-nucleaire warmtebron. Het vloeibare metaal was een natrium-kaliummengsel dat in het verleden is gebruikt om warmte van een reactor naar een generator over te dragen, zegt Palac, maar dit is de eerste keer dat dit mengsel is gebruikt met een Stirlingmotor.
Ze zijn zeer efficiënt en robuust, en we geloven dat ze acht jaar onbeheerd kunnen meegaan, zegt Lee Mason, de hoofdonderzoeker van het project bij Glenn. Het systeem presteerde beter dan verwacht, zegt Palac en genereerde in een gestaag tempo 2,3 kilowatt aan vermogen.
Afkoelen: Marc Gibson, een NASA-testingenieur, inspecteert het radiatorpaneel dat wordt gebruikt om het splijtingssysteem te koelen dat wordt getest in het Glenn Research Center. Het paneel is zes bij negen voet. Voor een systeem op ware grootte zijn twintig van dergelijke radiatoren nodig.
De onderzoekers ontwikkelden ook een lichtgewicht radiatorpaneel om het systeem te koelen en de warmte van de reactor af te voeren. Het prototypepaneel is ongeveer 1,80 bij 2,9 meter, een twintigste van de afmetingen die nodig zijn voor een systeem op volledige schaal. Warmte van een waterkoelsysteem wordt naar de radiator gecirculeerd waar het wordt afgevoerd.
De onderzoekers testten het radiatorpaneel in een vacuümkamer in Glenn die het gebrek aan atmosfeer en de extreme temperaturen op de maan nabootst - van meer dan 100 graden Celsius overdag tot onder de 100 graden Celsius 's nachts. Het paneel dissipeerde zes kilowatt aan energie, meer dan verwacht - een zeer succesvolle test, zegt Palac. Op de maan moet het paneel ook overleven in de stoffige omgeving veroorzaakt door de regoliet.
Ten slotte testten de onderzoekers de prestaties van de Stirling-dynamo in een stralingsomgeving bij Sandia Nationale Laboratoria in Albuquerque, NM. Het doel was om de prestaties van de motor te testen en ervoor te zorgen dat de materialen niet zouden verslechteren. De dynamo werd blootgesteld aan 20 keer de hoeveelheid straling die hij tijdens zijn leven zou verwachten en overleefde zonder noemenswaardige problemen.
Mason zegt dat de tests erg belangrijk zijn om de haalbaarheid van het systeem aan te tonen en dat de volgende stap voor de onderzoekers is om een volledige systeemdemonstratie uit te voeren, door een niet-nucleaire reactorsimulator te combineren met de Stirling-motor en het radiatorpaneel. Hij zegt dat deze tests in 2014 afgerond moeten zijn.
De onderzoekers werken ook aan de krachtoverbrenging en elektronica van het systeem. Een maanbasis heeft veel stroom nodig voor zaken als computers, levensondersteuning en om rotsen op te warmen om bronnen zoals zuurstof en waterstof te onttrekken, zegt Ross Radel, een senior lid van de technische staf en onderdeel van de groep voor geavanceerde nucleaire concepten bij Sandia. . Zijn groep werkt aan de systeemdynamische analyse, een computermodel dat voorspelt hoe de reactor zal presteren tijdens het testen. Nucleair is een opstapje om verder te gaan in de bemande verkenning van de ruimte, zegt Radel.
Het is een fascinerend project en de enige mogelijke methode om stroom te leveren voor een bemande reis naar Mars, zegt Daniel Hollenbach, een onderzoeker in de nucleaire wetenschap en technologieafdeling van Oak Ridge National Laboratory, die niet bij het project betrokken was.
Mason zegt dat kernsplijting een van een aantal concepten is die wordt getest als een krachtbron voor menselijke missies naar de maan en Mars, en indien geselecteerd, zegt hij dat de technologie tegen 2020 kan worden ingezet.