Ядрената и термоядрена енергия в челните редици на изследването на дълбокия космос | Хоган Ловелс


[co-authors: Sachin Desai, Stephanie Fishman]

Развива се нова космическа надпревара с по-високи залози и по-амбициозни цели, отколкото просто да се върнете в орбита на Земята или Луната. САЩ разработиха значително технологично лидерство в ракетите и сателитните технологии, което от своя страна увеличи нашите национални и глобални космически амбиции. Сега, когато е възможно да се стигне до ниска околоземна орбита достъпно и надеждно, астронавтите и частните компании се стремят да отидат по-далеч – включително създаване на постоянни колонии на Луната и Марс, копаене на астероиди за техните огромни природни ресурси, и изпращане на астронавти да търсят живот на луните на външните планети. И ние не сме сами в това състезание. Китай и Русия са обединявайки се заедно на лунна база и Китай твърди, че ще бъде първият, който ще колонизира Марс и дори ще копае астероиди.

Ядрената енергия на делене и синтез ще бъде от съществено значение за постигането на тези и други амбиции. Тези технологии могат да осигурят производителността – включително огромни нива на мощност, дълготрайност и надеждност – необходими за превоз на големи хора и товари на астрономически дълги разстояния и да поддържат изискванията за мощност за дългосрочни колонии, далеч от предпазната мрежа на Земята. Съобщава се, че за тази цел Китай прави инвестиции в усъвършенствания сектор за задвижване, включително в контекста на делене и синтез, което задминава усилията на САЩ. За да останат САЩ конкурентоспособни в световен мащаб и да спечелят това, което някои наричат ​​новата „надпревара в дълбокото пространство“, ние трябва да удвоим инвестициите в технологиите за ядрено делене и синтез.

По-долу разглеждаме скорошно предложение от Асоциация на термоядрената индустрия (FIA), която допълнително описва тази нова космическа надпревара и се застъпва за програма в стил на Агенцията за напреднали изследователски проекти (ARPA) на стойност 40 милиона долара за ускоряване на използването на синтез за космически пътувания. Обсъждаме това в контекста на последните усилия на Министерството на енергетиката (DOE), Националната администрация по аеронавтика и космос (НАСА) и Агенцията за напреднали изследователски проекти в отбраната (DARPA) да работят заедно за ускоряване на използването на ядрената и термоядрена енергия в космоса.

Предложена програма за задвижване на синтез на стойност 40 милиона долара, за да спечелите Състезание в дълбокия космос

FIA – асоциация от 24 компании-членки, които работят за комерсиализацията на термоядрен синтез – наскоро препоръчва се програма за финансиране на термоядрено задвижване на стойност 40 милиона долара. Предложението, “Синтезна енергия за космическо задвижване: превръщането на космическото задвижване в реалност до 2030 г.” („Преглед на Fusion-Space“) обяснява, че има надпревара в дълбокото пространство, която се развива, тъй като САЩ и други световни сили са насочили погледа си не само към връщането на хората в орбита и да стъпят на Луната, но и върху изграждането на предни постове на Луната , Марс и отивам много по-далеч. Има убедителни причини да се смята, че поемането на водеща роля в изследването на дълбокия космос (отвъд околоземната орбита) може да донесе огромна възвръщаемост. Това е не само под формата на национална гордост и научен прогрес, но и финансово. Някои, включително Goldman Sachs, са предсказали, че първият трилионер в света ще бъде човекът, който успешно копае астероиди и техните огромни количества минерално богатство.

Както е посочено в Fusion-Space Overview, ракетите с химическо задвижване нямат горивната ефективност, за да поддържат тази широкообхватна програма. Ядреното задвижване може да бъде до 100 пъти по-икономично от химическото задвижване, като същевременно поддържа големи тласъци, което го прави основна опция за транспортиране на големи полезни товари до далечни дестинации или превоз на товари до и от Луната. Много проекти биха могли потенциално да ускорят пътуването до Луната и Марс съответно до часове и месеци и дори да отведат САЩ до Сатурн само за малко две години.

Fusion-Space Overview се застъпва за програма за финансиране в стил ARPA, базирана на крайъгълен камък, за да се ускори разработването на критични технологии за задвижване с синтез и да даде възможност на дизайните да започнат да бъдат тествани. Програмите ARPA имат доказан опит в придвижването на обещаващи технологии по пътя към търговско внедряване от частния сектор. Редица предприятия за термоядрен космически двигател говориха на неотдавна ASCENDx Среща на върха проведено на 15 юни 2021 г., като се обсъжда как те са готови за допълнителни инвестиции за по-нататъшно развитие на своите прототипи, с дългосрочната цел за извършване на наземни и космически демонстрации.

Препоръчаната от FIA програма за термоядрено задвижване ще синтезира най-добрите практики от DARPA и Агенцията за напреднали изследователски проекти-Енергетика (ARPA-E) програми и го приложете в дълбокия космос. Fusion-Space Overview заключава, че програмата на стойност 40 милиона долара „има потенциала да трансформира начина, по който гледаме на Вселената и себе си, да отключи потенциално трилиони долари в научни и икономически иновации и да подсигури американските интереси за този век и следващия“.

Енергийните, космическите и отбранителните агенции се съгласуват относно използването на усъвършенствано ядрено оръжие

DOE и НАСА имат дълга история на сътрудничество за използването на ядрена енергия в космоса. Повече от 50 години DOE активиран изследване на космоса в над двадесет мисии на НАСА чрез осигуряване на безопасни и надеждни радиоизотопни енергийни системи и радиоизотопни нагреватели. Освен това DOE има десетилетия опит в управлението на производството на радиоизотопен топлинен генератор на плутоний-238, необходим за сондите на НАСА в дълбокия космос.

Тази връзка сега се ускори по обхват, с цел да позволи много по-широко използване на ядрена енергия в космоса. През 2018 г. НАСА и DOE започнаха усилия да разработят Килоенергиен реактор, с надеждата да демонстрира система за енергия на повърхността на делене на Луната до края на десетилетието. И към края на предишната администрация бившият министър на енергетиката Дан Броулет и бившият администратор на НАСА Джим Брайдънстайн подписаха меморандум за разбирателство (MOU) за разширяване на партньорството на DOE-NASA за изследване на космоса. Ядрената енергия и задвижването бяха сред ключовите области на интерес, изброени в Меморандума за разбирателство. И това беше последвано с Директива 6 за космическата политикакойто се стреми да приложи „Национална стратегия за космическа ядрена енергия и задвижване“.

В момента НАСА проучва възможност за използване на две ядрени системи при изследване на космоса. Първата е ядрена електрическа задвижваща система, която е високоефективна и позволява на космически кораб да пътува за по-дълги периоди, макар и с по-ниска тяга. Вторият тип система е система с ядрено термично задвижване (NTP), която е система с по-висока тяга, но все пак много по-ефективна от традиционната ракета. (Системите за синтез могат също да бъдат разделени по подобни линии). В същия дух Battelle Energy Alliance, който управлява Националната лаборатория на DOE Idaho, по-рано тази година публикувани покана за междинен проект на ядрен реактор с топлинно задвижване.

Усилията на НАСА и DOE допълват програма на DARPA, наречена Демонстрационна ракета за гъвкави Cislunar операции (ДРАКО), за да демонстрира NTP система в орбита. Въпреки че програмата тепърва започва, Blue Origin, Lockheed Martin и General Atomic имат получено първоначални награди. Както DARPA обяснява, „[t]Космическият домен е от съществено значение за съвременната търговия, научните открития и националната отбрана. Поддържането на осведоменост за космическата област в цислунарното пространство – обемът на пространството между Земята и Луната – ще изисква скок напред в технологията за задвижване.” И със същата цел и трите агенции са проявили интерес към използването на синтез за подобни цели.

Следващи стъпки

За да се конкурират успешно с Китай и Русия в новата космическа надпревара, САЩ трябва да ускорят инвестициите в тези критични за мисията области и да формират публично-частни партньорства, за да ускорят развитието на технологиите. Има много частни компании, включително начинанията, изброени в Fusion-Space Overview, преследващи иновативни и усъвършенствани концепции за ядрено космическо задвижване. И, както се вижда от последните събития, проведени от DOE, NASA и DARPA, редица компании са готови да подкрепят развитието на ядрени и термоядрен синтез космически задвижващи технологии.

Въпреки това, освен евентуално усилията на DARPA DRACO, тези инициативи нямат значителна и дългосрочна специална програма за финансиране в подкрепа на тяхното комерсиализация. Непрекъснатите инвестиции в концепции за ядрено и термоядрено задвижване, чрез създаването на дългосрочни програми с ясната крайна цел за демонстриране на множество усъвършенствани технологии за задвижване в космоса, включително програма, подобна на ARPA, като тази, препоръчана от FIA, може да има огромно въздействие върху дали САЩ не само ще „спечелят“ следващата космическа надпревара, но дори ще могат да се конкурират със страни като Русия и Китай, които правят тези програми национални приоритети.

[View source.]