We hebben krachtigere kernmotoren nodig om verder en sneller de ruimte in te verkennen

NASA

Afgelopen jaar, Voyager 2 brak uiteindelijk door in de interstellaire ruimte na meer dan een reis te hebben gemaakt 11,2 miljard mijlen. Deze epische missie werd mogelijk gemaakt door kernenergie, de technologie die al tientallen jaren ruimtevaartuigen aandrijft.

Ruimtevaartuigen zoals het Voyager-paar worden aangedreven door thermo-elektrische radio-isotopengeneratoren of RTG's. Deze motoren zijn afhankelijk van het feit dat radioactieve stoffen warmte afgeven bij het afbreken. Door de warmte die wordt gegenereerd door het verval van plutonium-238 (P-238) om te zetten in elektriciteit, blijven ruimtevaartuigen doorgaan lang nadat de zonnestralen een verre glinstering zijn.

Maar RTG's beperken ons ook. Als we ruimtevaartuigen - of mensen - verder, sneller en vaker willen sturen, kunnen we niet blijven vertrouwen op dezelfde decennia-oude nucleaire technologieën. Hoe kunnen we ons bereik vergroten?

Wat gebeurt er nu?

Onze voorraad plutonium-238 raakt op. De originele batch is gemaakt in de VS als bijproduct van het maken van plutonium-239 van wapenkwaliteit tijdens de Koude Oorlog. Om te blijven verkennen, heeft NASA veel meer nodig.

Oak Ridge National Lab nam de taak op zich om het in 2012 te produceren. Het was een langzaam handmatig proces om zelfs maar een paar gram te maken. Maar vorige maand, onderzoekers van Oak Ridge bekend gemaakt ze hadden eindelijk een manier ontwikkeld om de productie van neptunium- en aluminiumpellets die nodig zijn om P-238 te maken, te automatiseren en op te schalen. De pellets worden omgezet in kostbaar P-238 door ze te persen en te omsluiten in aluminium buizen en ze te bestralen in een reactor.

Het maken van deze pellets was het grootste knelpunt in het proces, en het kostte veel experimenteren om mensen uit de vergelijking te halen. Bij veel nucleair werk is het koken en kijken, zegt programmamanager Bob Wham. Je ontwerpt het en legt veel veiligheidsfactoren op het ontwerp; zet buiten; en kijk of het presteert zoals je had verwacht. Na jaren van automatiseren van het meten en maken is het gelukt.

Het lab maakt nu 50 gram P-238 per jaar, maar verwacht binnenkort tot 400 gram per jaar. Het voorspelt dat het NASA's jaarlijkse doelstelling van 1,5 kg binnen twee jaar zal halen. Hoe meer P-238 we hebben, hoe meer missies we naar de verre ruimte kunnen sturen.

Kleine stappen

NASA heeft ook onderzoek gedaan naar het maken van efficiëntere RTG's, eMMRTG's genaamd, of verbeterde RTG's met meerdere missies. Maar om echt een grotere stap voorwaarts te zetten, moeten we naar iets nieuws kijken. Uiteindelijk zullen we systemen met een hoger vermogen nodig hebben. Alleen splijting kan dat leveren in elk type scenario op korte termijn, zegt David Poston, onderzoeker van Los Alamos National Laboratory.

NASA

Binnenkomen Kilopower .

Poston is de hoofdreactorontwerper voor Kilopower, een prototype splijtingsreactor die NASA succesvol getest afgelopen jaar. Het zou stroom kunnen leveren tijdens lange missies, mogelijk zelfs voor menselijke planetaire buitenposten. De manier waarop we het tot haalbaar hebben ontwikkeld, was door dingen te vereenvoudigen, zegt Poston. We hebben de afgelopen 30 jaar veel ruimtereactorprogramma's gehad, maar ze hebben allemaal gefaald. Vooral omdat ze te duur werden. Kilopower heeft momenteel een vermogen van 4 kilowatt, maar onderzoekers hopen op 10 kW.

Gigantische sprongen

Er zijn al een tijdje een aantal kernideeën in de lucht, waaronder het laten ontploffen van atoombommen aan de achterkant van ruimtevaartuigen in wat wordt genoemd nucleaire puls voortstuwing (misschien kun je daarmee een paar praktische problemen ontdekken). Maar sommige mensen werken nog steeds aan het realiseren van enkele even gekke ideeën.

Een van die teams is bij Princeton Satellite Systems, dat met fusie megawatt aan stroom wil opwekken. Ja, we zijn van watt naar kilowatt naar megawatt gegaan. U bent waarschijnlijk bekend met fusie - het gebeurt elke dag aan de hemel dankzij onze zon. Fusie produceert meerdere keren de hoeveelheid energie die door splijting wordt gecreëerd, maar het is moeilijk te beheersen.

Princeton Satellite Systems ontwikkelt een directe fusieaandrijving , die magnetische velden gebruikt om stroom op te wekken in plasma en dit op te warmen tot 1 miljard °C. Het team zegt dat de stuwkracht die de machine ter grootte van een minibusje (theoretisch) zou produceren, de reistijden tussen de zonnestelsels met meer dan de helft zou verkorten (reizen naar Pluto zouden ongeveer vier jaar duren in plaats van negen), met nog voldoende stroom.

Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy

Als je kracht hebt als je daar aankomt, kun je heel veel coole experimenten doen, zegt de natuurkundige Charles Swanson van het bedrijf. Een van de coolste dingen Cassini deed zijn radarbeelden van Saturnusmaan Titan. Maar radar is hongerig en was beperkt. Het hebben van een megawatt aan vermogen maakt opties vrij.

Het bedrijf heeft een bootlading aan financiering ontvangen van NASA en het Amerikaanse ministerie van Energie, dus het lijkt erop dat iemand gelooft dat deze moonshot zou kunnen werken. Maar laten we eerlijk zijn: het zal niet snel gebeuren - of zelfs niet in ons leven. Fusie bevindt zich hier op aarde nog in de vroegste stadia van onderzoek.

Toch is het nog steeds leuk om je voor te stellen wat het mogelijk zou kunnen maken. Het zou kunnen de sprong zijn die we nodig hebben om onze reizen naar de buitenste planeten en verder te versnellen.

zich verstoppen