Kijkend naar de toekomst van bemande ruimteverkenning, is het voor NASA en andere ruimtevaartorganisaties duidelijk dat aan bepaalde technologische vereisten moet worden voldaan. Er is niet alleen een nieuwe generatie lanceervoertuigen en ruimtecapsules nodig (zoals de SLS en Orion ruimtevaartuig), maar er zijn nieuwe vormen van energieproductie nodig om ervoor te zorgen dat langdurige missies naar de maan, Mars en andere locaties in het zonnestelsel kunnen plaatsvinden.
Een mogelijkheid die deze zorgen wegneemt, is Kilopower, een lichtgewicht splijtingskrachtsysteem dat robotmissies, bases en verkenningsmissies kan aandrijven. In samenwerking met de National Nuclear Security Administration (NNSA) van het Department of Energy, heeft NASA onlangs een succesvolle demonstratie uitgevoerd van een nieuw kernreactor-energiesysteem dat langdurige bemande missies naar de maan, Mars en daarbuiten mogelijk zou kunnen maken.
Bekend als het Kilopower Reactor Using Stirling Technology (KRUSTY) experiment, werd de technologie onthuld tijdens een recente persconferentie op woensdag 2 mei in NASA's Glenn Research Center. Volgens NASA is dit energiesysteem in staat om tot 10 kilowatt elektrisch vermogen op te wekken - genoeg stroom om meerdere huishoudens tien jaar lang continu van stroom te voorzien, of een buitenpost op de maan of Mars.
Zoals Jim Reuter, NASA's waarnemend associate administrator voor de Space Technology Mission Directorate (STMD), in een recent NASA persbericht uitlegde:
“Veilige, efficiënte en overvloedige energie zal de sleutel zijn voor toekomstige robot- en menselijke verkenning. Ik verwacht dat het Kilopower-project een essentieel onderdeel zal zijn van maan- en Mars-energiearchitecturen naarmate ze evolueren. ”
Het prototype van het energiesysteem maakt gebruik van een kleine vaste uranium-235-reactorkern en passieve natrium-warmtepijpen om reactorwarmte over te dragen aan zeer efficiënte Stirling-motoren, die de warmte omzetten in elektriciteit. Dit energiesysteem is bij uitstek geschikt voor locaties zoals de maan, waar het opwekken van energie met behulp van zonnepanelen moeilijk is omdat maannachten gelijk zijn aan 14 dagen op aarde.
Bovendien omvatten veel plannen voor maanverkenning het bouwen van buitenposten in de permanent beschaduwde poolgebieden of in stabiele ondergrondse lavabuizen. Op Mars is zonneschijn overvloediger, maar onderhevig aan de dagelijkse cyclus en het weer van de planeet (zoals stofstormen). Deze technologie kan daarom zorgen voor een gestage stroomtoevoer die niet afhankelijk is van intermitterende bronnen zoals zonlicht. Zoals Marc Gibson, de leidende Kilopower-ingenieur bij Glenn, zei:
“Kilopower geeft ons de mogelijkheid om veel hogere vermogensmissies uit te voeren en de schaduwkraters van de maan te verkennen. Als we beginnen met het sturen van astronauten voor lange verblijven op de maan en naar andere planeten, zal dat een nieuwe klasse van kracht vereisen die we nog nooit eerder nodig hadden gehad. "
Het Kilopower-experiment werd uitgevoerd op de NNSA's Nevada National Security Site (NNSS) tussen november en maart 2017. Naast het aantonen dat het systeem elektriciteit zou kunnen produceren door splijting, was het doel van het experiment ook om te laten zien dat het stabiel en veilig is in elke omgeving. Om deze reden voert het Kilopower-team het experiment in vier fasen uit.
De eerste twee fasen, die zonder stroom werden uitgevoerd, bevestigden dat elk onderdeel in het systeem naar behoren functioneerde. Voor de derde fase verhoogde het team het vermogen om de kern langzaam te verwarmen voordat het verder ging naar fase vier, die bestond uit een 28 uur durende testrun op volledig vermogen. Deze fase simuleerde alle fasen van een missie, waaronder het opstarten van de reactor, het opvoeren van het volledige vermogen, een stabiele werking en het uitschakelen.
Tijdens het experiment simuleerde het team verschillende systeemstoringen om ervoor te zorgen dat het systeem zou blijven werken, waaronder stroomverminderingen, defecte motoren en defecte warmtepijpen. Overal bleef de KRUSTY-generator elektriciteit leveren, wat bewijst dat hij elke ruimte-verkenning die hij tegenkomt kan verdragen. Zoals Gibson aangaf:
'We hebben het systeem op de proef gesteld. We begrijpen de reactor heel goed en deze test bewees dat het systeem werkt zoals we het hebben ontworpen. In welke omgeving we het ook blootstellen, de reactor presteert erg goed. ”
Wat de toekomst betreft, blijft het Kilopower-project een onderdeel van NASA's Game Changing Development (GCD) -programma. Als onderdeel van NASA's Space Technology Mission Directorate (STMD) is het doel van dit programma om ruimtetechnologieën te bevorderen die kunnen leiden tot geheel nieuwe benaderingen voor de toekomstige ruimtemissies van het Agentschap. Uiteindelijk hoopt het team tegen 2020 de overstap te maken naar het Technology Demonstration Mission (TDM) -programma.
Als alles goed gaat, kan de KRUSTY-reactor permanente menselijke buitenposten op de maan en Mars mogelijk maken. Het kan ook ondersteuning bieden aan missies die afhankelijk zijn van In-situ Resource Utilization (ISRU) om hydrazine-brandstof te produceren uit lokale bronnen van waterijs en bouwmaterialen uit lokale regolith.
Kortom, wanneer robotmissies op de maan worden gemonteerd om 3D-bases te printen vanuit lokale regolieten, en astronauten regelmatig naar de maan reizen om onderzoek en experimenten uit te voeren (zoals ze nu doen naar het internationale ruimtestation), kunnen het KRUSTIGE reactoren zijn die hen voorzien van al hun energiebehoeften. Over een paar decennia zou hetzelfde kunnen gelden voor Mars en zelfs voor locaties in het buitenste zonnestelsel.
Dit reactorsysteem kan ook de weg vrijmaken voor raketten die afhankelijk zijn van nucleaire thermische of nucleaire elektrische voortstuwing, waardoor missies buiten de aarde mogelijk zijn die zowel sneller als kosteneffectiever zijn!
En geniet zeker van deze video van het GCD-programma, met dank aan NASA 360:
