Ядерна вошь

О создании новой ядерной установки, получившей название KRUSTY (Kilopower Reactor Using Sterling Technology), было объявлено в начале мая, на пресс-конференции в Исследовательском центре Гленна в Кливленде (Огайо, США). Представители Национального аэрокосмического агентства США (NASA) и энергетического департамента Национального управления по ядерной безопасности (NNSA) заявили на ней, что созданный специалистами центра Гленна компактный ядерный реактор Kilopower с ноября по март проходил испытания на базе NNSA в юго-восточной части пустыни Невада.

«Когда мы вновь полетим на Луну, а потом и на Марс, нам понадобятся мощные источники энергии, не зависящие от Солнца, – заявил заместитель руководителя Директората NASA по технологиям космических миссий Джеймс Рейтер. – Особенно если мы планируем там жить. Kilopower – гениальное решение с точки зрения простоты его использования. Кроме того, энергоустановка на основе этого реактора очень легко масштабируется. Пока мы протестировали установку в 1 кВт, но её мощность можно легко увеличить на порядок без существенного изменения размера».

Размеры KRUSTY невелики – чуть больше обычной комнатной напольной лампы, в то же время эта установка способна обеспечивать электричеством несколько средних домохозяйств на протяжении 10 лет. По расчётам разработчиков, четырёх таких реакторов будет более чем достаточно для энергоснабжения лунной или марсианской базы.

Kilopower – новый ядерный реактор NASA

Заводится по щелчку

Энергетическая основа KRUSTY – твёрдое ядро из урана-235, размером со скрученное полотенце, соединённое с натриевыми трубками. По этим трубкам тепло, образующееся в результате ядерного деления, передаётся высокоэффективному двигателю Стирлинга, который в свою очередь преобразует его в электричество.

Проект KRUSTY – лишь часть большой программы NASA Game Changing Development program. Его основная цель – создание относительно недорогой ядерной энергоустановки для долгосрочных космических миссий и экспедиций на другие планеты. Ядерные установки использовались в космических аппаратах и раньше. К примеру, энергия ядерного деления приводит в движение автоматические зонды «Вояджер 1» и «Вояджер 2», запущенные в 1970-е и давно покинувшие пределы Солнечной системы, а также более новые космические аппараты, такие как вездеход Curiosity, севший на поверхность Марса в 2012 году. В то же время создатели Kilopower утверждают, что их детище кардинально отличается от ядерных энергоустановок предыдущих поколений.

«Они совершенно различны в самом процессе выработки тепловой энергии, – комментирует ведущий инженер проекта Марк Гибсон. – Мы можем запускать реактор на любом этапе миссии. К примеру, если мы летим на пояс Койпера, до которого добираться около 15 лет, нам не нужно запускать реактор до тех пор, пока мы туда не доберёмся. Также мы можем регулировать мощность энергоустановки, снижая её от 1000 до 50 ватт в зависимости от потребностей и экономя тем самым ядерное топливо».

Чтобы включать и выключать систему, в Kilopower установлен стержень из карбида бора, поглощающий нейтроны. Когда этот стержень выдвинут, реактор включён – нейтроны двигаются свободно и вступают с другими атомами в цепную реакцию. Когда стержень убран, цепная реакция останавливается.

Хватит надолго

«Ещё одна интересная вещь: чтобы запустить этот реактор, нужно определённое количество (ядерного топлива), его критическая масса, – продолжает Гибсон. – С одной стороны, это плохо, ведь нам нужно загружать в систему намного больше топлива, чем действительно нужно для миссии. С другой же стороны, теоретически такая установка может работать сотни лет. Осталось спроектировать и другое оборудование таким образом, чтобы оно могло продержаться так же долго».

Целью экспериментов в Неваде было продемонстрировать, что система не просто способна вырабатывать электричество, но и что она стабильна и безопасна вне зависимости от окружающей среды, в которой работает.

«Мы подвергли установку самым разным испытаниям, и все их KRUSTY выдержала с честью», – заявил старший инженер по разработке реакторов Национальной лаборатории NNSA в Лос-Аламосе Дэвид Постон.

Испытания системы состояли из нескольких стадий. Сперва учёные добились от установки максимальной выходной мощности, после чего смоделировали её поведение в рамках космической миссии. Симуляция полёта включала запуск реактора, его разгон до полной мощности, проверку устойчивости работы на протяжении длительного времени и остановку. Специалисты также смоделировали возможные проблемы – снижение мощности, отказ одного или нескольких двигателей Стирлинга, повреждение тепловых труб. В результате было доказано, что система сохраняет работоспособность в самых экстремальных ситуациях.

«Реактор работал очень хорошо, вне зависимости от среды, в которую его помещали», – прокомментировал результаты экспериментов Марк Гибсон.

Цена вопроса

Особенная гордость NASA – относительно невысокая стоимость проекта.

«Многие думают, что создание этого реактора обошлось нам в миллиарды долларов. В реальности проектирование, строительство и тестирование установки стоило менее 20 миллионов долларов», – заявил Дэвид Постон.

Kilopower – это первый ядерный реактор нового типа, созданный в США за последние 40 лет. В ближайшее время работающая над проектом команда начнёт тестировать более крупные и мощные версии своей установки. Впрочем, до сих пор нерешённым остаётся важнейший вопрос утилизации отработанного ядерного топлива. На Земле эта проблема решается строительством дорогостоящих хранилищ, в которых урановые и плутониевые стержни хранятся под толщей бетона, как на российском предприятии «Родон» под Екатеринбургом, или прямо в горном хребте, как в американском Юкка-Маунтин.

Строительство таких хранилищ требует огромных материальных и людских ресурсов, которые едва ли появятся у марсианских и лунных колонистов в обозримой перспективе. Пока никаких заявлений на этот счёт руководители программы KRUSTY не сделали.

И да, просто запустить отработанные стержни в далёкий космос тоже не получится, что было доказано ещё в конце 1970-х.

Источники: www.spaceflightinsider.com, futurism.com, www.popularmechanics.com