بالنظر إلى مستقبل استكشاف الفضاء ذي الطاقم ، من الواضح لوكالة ناسا ووكالات الفضاء الأخرى أنه يجب تلبية متطلبات تكنولوجية معينة. ليس هناك حاجة فقط إلى جيل جديد من مركبات الإطلاق والكبسولات الفضائية (مثل SLS و الجوزاء المركبة الفضائية) ، ولكن هناك حاجة إلى أشكال جديدة من إنتاج الطاقة لضمان إمكانية القيام بمهام طويلة الأمد إلى القمر والمريخ ومواقع أخرى في النظام الشمسي.
أحد الاحتمالات التي تعالج هذه المخاوف هو Kilopower ، وهو نظام طاقة انشطار خفيف الوزن يمكنه تشغيل المهام الروبوتية والقواعد ومهام الاستكشاف. وبالتعاون مع إدارة الأمن النووي الوطنية (NNSA) التابعة لوزارة الطاقة ، أجرت وكالة ناسا مؤخرًا عرضًا ناجحًا لنظام طاقة مفاعل نووي جديد يمكن أن يتيح مهام طاقم طويلة الأمد إلى القمر والمريخ وما بعده.
تُعرف هذه التكنولوجيا باسم تجربة مفاعل كيلوبور باستخدام تقنية ستيرلنغ (KRUSTY) ، وقد تم الكشف عنها في مؤتمر صحفي عقد يوم الأربعاء ، 2 مايو ، في مركز غلين للأبحاث التابع لناسا. وفقًا لوكالة ناسا ، فإن نظام الطاقة هذا قادر على توليد ما يصل إلى 10 كيلووات من الطاقة الكهربائية - ما يكفي من الطاقة لعدة أسر بشكل مستمر لمدة عشر سنوات ، أو بؤرة استيطانية على القمر أو المريخ.
كما أوضح جيم رويتر ، المدير المساعد بالنيابة لوكالة ناسا لمديرية مهمة تكنولوجيا الفضاء (STMD) ، في بيان صحفي صدر حديثًا عن وكالة ناسا:
"ستكون الطاقة الآمنة والفعالة والوفرة هي مفتاح الاستكشاف الروبوتي والبشري في المستقبل. أتوقع أن يكون مشروع Kilopower جزءًا أساسيًا من معماري طاقة القمر والمريخ أثناء تطورهما. "
يستخدم نظام الطاقة النموذجي نواة مفاعل صلبة صغيرة من اليورانيوم -235 وأنابيب حرارة الصوديوم السلبية لنقل حرارة المفاعل إلى محركات ستيرلنغ عالية الكفاءة ، والتي تحول الحرارة إلى كهرباء. نظام الطاقة هذا مناسب بشكل مثالي لمواقع مثل القمر ، حيث يصعب توليد الطاقة باستخدام المصفوفات الشمسية لأن الليالي القمرية تعادل 14 يومًا على الأرض.
بالإضافة إلى ذلك ، تتضمن العديد من الخطط لاستكشاف القمر بناء بؤر استيطانية في المناطق القطبية المظللة بشكل دائم أو في أنابيب الحمم البركانية المستقرة. على سطح المريخ ، تكون أشعة الشمس أكثر وفرة ، ولكنها تخضع لدورة الكوكب النهارية والطقس (مثل العواصف الترابية). وبالتالي يمكن لهذه التقنية أن تضمن توفيرًا ثابتًا للطاقة لا يعتمد على مصادر متقطعة مثل ضوء الشمس. قال مارك جيبسون ، كبير مهندسي كيلوبوير في جلين:
"تمنحنا Kilopower القدرة على القيام بمهام طاقة أعلى بكثير ، واستكشاف الحفر المظللة للقمر. عندما نبدأ في إرسال رواد فضاء لفترات طويلة على القمر وإلى الكواكب الأخرى ، سيتطلب ذلك فئة جديدة من القوة لم نكن نحتاجها من قبل ".
أُجريت تجربة الكيلو باور في موقع الأمن القومي بولاية نيفادا (NNSS) في الفترة بين نوفمبر ومارس من عام 2017. بالإضافة إلى إثبات أن النظام يمكن أن ينتج الكهرباء من خلال الانشطار ، كان الغرض من التجربة هو إظهار أنه مستقر وآمن في أي بيئة. لهذا السبب ، يجري فريق Kilopower في التجربة على أربع مراحل.
أكدت المرحلتان الأوليان ، اللتان تم إجراؤهما بدون طاقة ، أن كل مكون في النظام يعمل بشكل صحيح. بالنسبة للمرحلة الثالثة ، قام الفريق بزيادة الطاقة لتسخين القلب ببطء قبل الانتقال إلى المرحلة الرابعة ، والتي كانت تتكون من 28 ساعة اختبار تشغيل كامل الطاقة. تحاكي هذه المرحلة جميع مراحل المهمة ، والتي تضمنت بدء تشغيل المفاعل ، وتصل إلى الطاقة الكاملة ، والتشغيل الثابت والإغلاق.
طوال التجربة ، قام الفريق بمحاكاة أعطال النظام المختلفة لضمان استمرار النظام في العمل - والتي تضمنت تخفيضات في الطاقة ، ومحركات فاشلة وأنابيب حرارية فاشلة. طوال مولد الكهرباء ، استمر مولد KRUSTY في توفير الكهرباء ، مما يثبت أنه يمكن أن يتحمل كل ما يلقي به استكشاف الفضاء. كما أشار جيبسون:
"نضع النظام من خلال خطواته. نحن نفهم المفاعل جيدًا ، وقد أثبت هذا الاختبار أن النظام يعمل بالطريقة التي صممناها للعمل. بغض النظر عن البيئة التي نعرضها لها ، فإن المفاعل يعمل بشكل جيد للغاية. "
في المستقبل ، سيظل مشروع Kilopower جزءًا من برنامج تطوير الألعاب المتغير (GCD) التابع لوكالة ناسا. كجزء من مديرية وكالة تكنولوجيا الفضاء (STMD) التابعة لوكالة ناسا ، يهدف هذا البرنامج إلى تطوير تقنيات الفضاء التي قد تؤدي إلى مناهج جديدة تمامًا للبعثات الفضائية المستقبلية للوكالة. في نهاية المطاف ، يأمل الفريق في الانتقال إلى برنامج مهمة عرض التكنولوجيا (TDM) بحلول عام 2020.
إذا سارت الأمور على ما يرام ، يمكن أن يسمح مفاعل KRUSTY ببؤر استيطانية بشرية دائمة على القمر والمريخ. يمكن أن تقدم أيضًا الدعم للبعثات التي تعتمد على استخدام الموارد في الموقع (ISRU) لإنتاج وقود الهيدرازين من المصادر المحلية للجليد المائي ومواد البناء من العصر الحجري المحلي.
بشكل أساسي ، عندما يتم تثبيت المهام الروبوتية على القمر إلى قواعد الطباعة ثلاثية الأبعاد من المعتاد المحلي ، ويبدأ رواد الفضاء في القيام برحلات منتظمة إلى القمر لإجراء البحوث والتجارب (كما يفعلون اليوم إلى محطة الفضاء الدولية) ، يمكن أن تكون مفاعلات KRUSTY التي توفر لهم جميع احتياجاتهم من الطاقة. في غضون بضعة عقود ، يمكن أن ينطبق الشيء نفسه على المريخ وحتى المواقع في النظام الشمسي الخارجي.
يمكن لنظام المفاعل هذا أن يمهد الطريق أيضًا للصواريخ التي تعتمد على الدفع النووي الحراري أو النووي-الكهربائي ، مما يمكّن المهمات خارج الأرض التي تكون أسرع وأكثر فعالية من حيث التكلفة!
واحرص على الاستمتاع بهذا الفيديو الخاص ببرنامج GCD ، بإذن من NASA 360:
