وقد تم اختبار Kilopower بنجاح في صحراء نيفادا
– أخبار 15 مايو 2018 –
بالنسبة لمعظم وكالات الفضاء ، يبدو أن مستقبل الرحلة المأهولة يقع على جانب القمر. يأمل الصينيون والأمريكيون والأوروبيون أن يركبوا أقمارنا الصناعية على المدى المتوسط ، ولماذا لا نقيم قاعدة دائمة. من ناحية أخرى ، نحن نعرف أن الهدف الرئيسي لـ SpaceX هو المريخ بمشاريع مماثلة. على أي حال ، فإن الحفاظ على وجود بشري على جسم سماوي آخر غير الأرض يولد الكثير من التحديات ، بما في ذلك الطاقة.
يمكن للروبوتات التي تقوم حالياً بأعمال استكشاف الفضاء أن تعتمد على مصدرين للطاقة: الطاقة الشمسية باستخدام الألواح الضوئية ، أو الطاقة النووية بفضل الحرارة المستعادة من المواد المشعة. بالنسبة لوجود بشري ، قد تكون مصادر الطاقة هذه غير كافية. إن استعادة حرارة المواد لا يمكن أن ينتج سوى بضع مئات من الألواح الشمسية وتعمل الألواح الشمسية فقط خلال النهار. كما أن الليالي القمرية تستمر 14 يومًا وأنظمة بقاء البشر تحتاج إلى الكثير من الطاقة ، هناك حاجة إلى حلول بديلة.
تعمل وكالة ناسا حاليًا على مشروع كيلوباور ، وهو مفاعل نووي صغير. أعلنت وكالة الفضاء الأمريكية قبل أسبوعين أن النموذج الأولي للمفاعل قد تم اختباره بنجاح. يتكون Kilopower من جوهر اليورانيوم 235 صغيرة حجم لفة من منشفة ورقية ، تحمل أنابيب الحرارة حرارة القلب لمحركات ستيرلينغ. يتم تحويل الطاقة الحرارية الأساسية إلى طاقة ميكانيكية بواسطة المحركات ثم إلى طاقة كهربائية بواسطة المولدات. النظام مدمج للغاية ويمكنه توليد طاقة كهربائية تبلغ 10 كيلوواط لمدة 10 سنوات.
كشفت سلسلة من الاختبارات التي أجريت في صحراء نيفادا عن النموذج الأولي للظروف القاسية ، بالقرب من الظروف على القمر أو المريخ. ولإثبات أن المفاعل يمكن أن يعمل بطريقة موثوقة أثناء إساءة استخدامه بواسطة عناصر الأرصاد الجوية ، فإن فريق اختبار كيلوباور قام بمحاكاة مهمة حقيقية مع 28 ساعة من التشغيل المستمر ، بما في ذلك بدء التشغيل ، وتسلق وصيانة القدرة ، ثم إيقاف المفاعل. وبالتوازي مع ذلك ، قام المهندسون بمحاكاة حالات فشل الأنظمة المختلفة.
اجتازت Kilopower جميع هذه الاختبارات بنجاح. وبالتالي يمكن أن يكون Kilopower حلا واقعيا لتوليد الكهرباء على سطح المريخ أو القمر. تقدر إدارة الطيران والفضاء الأمريكية (ناسا) أن ثلاثة أو أربعة مفاعلات من طراز كيلو باور ستكون كافية لتشغيل قاعدة بشكل دائم. لكن الطاقة النووية في الفضاء هي موضوع حساس ، حتى مع التكنولوجيا المناسبة: إن وضع كتلة من 235 يورانيوم على رأس صاروخ يمثل خطرًا حقيقيًا للتداعيات الإشعاعية على الأرض إذا ما انفجر الصاروخ.
يدخل المفاعل النووي النووي Kilopower مرحلة الاختبار
– أخبار 19 ديسمبر 2017 –
من المتوقع أن يساعد مشروع كيلوباور التابع لوكالة ناسا المستكشفين والبشر والآلات في المستقبل. الطاقة هي معلمة أساسية لكل مهمة فضائية. في الفضاء ، يتم استخدام الألواح الكهروضوئية أو يتم استخدام الطاقة النووية. في معظم الحالات ، يأخذ استخدام الطاقة النووية شكل RTG ، والمولدات الحرارية التي تعمل من خلال حرارة النشاط الإشعاعي. يمكن أن تنتج بضع مئات من واط فقط ، وهو ما لا يكفي لتشغيل قاعدة بشرية.
لزيادة قدرات البعثات الفضائية ، يجب استخدام الانشطار النووي. إن الانشطار النووي يولد قوة أكبر بكثير من نفس كمية المواد المشعة. في الماضي ، حاولت الولايات المتحدة ، ولا سيما الاتحاد السوفييتي ، تطوير انشطار نووي ولكن دون أي نجاح حقيقي.
وقد شرع العديد من السواتل الاستطلاعية في إنشاء ثلاثين مفاعلا نوويا في المدار ، مع عودة كارثية في بعض الأحيان إلى الغلاف الجوي. ليوم واحد تكون قادرة على القيام بمهام فضائية طموحة أكثر ، من الضروري وجود مصدر قوي للطاقة. الانشطار النووي هو أحد الاحتمالات الوحيدة.
يبدو أن وكالة ناسا مصممة على تطوير البحث بسرعة كبيرة. تعمل وكالة الفضاء الأمريكية على نموذج مفاعل انشطاري للتطبيقات الفضائية ذات الحجم الصغير والقوى المنخفضة. لقد صدقت ناسا بالفعل تمويل مشروع Kilopower لعدة سنوات. Kilopower هو مفاعل انشطار نووي صغير يجب أن يكون قادراً على إنتاج 10 كيلووات من الطاقة لمدة 10 سنوات ، وهو مثالي لتشغيل قاعدة صغيرة مسكونة أو حتى لتطبيقات الدفع. مع هذه الطاقة المتاحة ، التطبيقات عديدة: الحفر ، التحليل الكهربائي أو الإنشاءات. من الصعب تصور هذه التطبيقات بقوة تصل إلى بضع مئات من الواط ، في حين أن قوة بضعة آلاف واط من التطبيقات الممكنة أكثر إثارة للاهتمام.
بدأ مشروع Kilopower حملة اختبار في نوفمبر ، بما في ذلك اختبار التشغيل المستمر لمدة 28 ساعة. تركز فرق ناسا على إنتاج مفاعل آمن يتطلب القليل من الصيانة والصيانة. إذا كان الخطر مقبولا من قبل القادة السياسيين والرأي العام ، فإن Kilopower يمكن أن يصبح حجر الزاوية في جميع المهام الأكثر طموحا في العقود القادمة.
تمول ناسا مشروع محطة طاقة نووية صغيرة تسمى كيلوباور
– أخبار 11 يوليو 2017 –
أصدرت وكالة ناسا ميزانية قدرها 15 مليون دولار لتطوير محطة نووية صغيرة. الطاقة هي دائما مشكلة في جميع المهام الفضائية: لتشغيل معدات المسابر الفضائية وجميع معدات بقاء رواد الفضاء ، فإنها تستهلك الكهرباء. حتى الآن ، توفر الألواح الشمسية أفضل الحلول. سهلة لإنتاج ، يمكن أن تنتج كميات صحيحة من الطاقة. مشكلتهم الرئيسية هي اعتمادهم على الشمس: تتدهور غلاتهم بقوة في حالة التعرض المنخفض للشمس. وبالتالي ، فإن الألواح الشمسية تقريبًا لا تستخدم بالقرب من المشتري.
تنتج لوحة شمسية في مدار الأرض قوة تبلغ حوالي 300 واط لكل متر مربع ، بينما تنتج لوحة شمسية في مدار حول كوكب المشتري فقط 6 واط لكل متر مربع. كما ناسا ترغب في تعميم استخدام محرك البلازما لاستكشاف النظام الشمسي الخارجي ، وهناك حاجة إلى مصدر طاقة قوية وفعالة. لذلك ، من أجل إيجاد حل لهذه المشكلة ، أطلقت وكالة ناسا مشروع نظام نووي يطلق عليه اسم “كيلو باور”. ويتكون المشروع من تصميم مفاعل انشطار نووي صغير يقل عن مترين قادر على توفير الطاقة من كيلوواط واحد إلى عشرة كيلووات.
ولذلك يجب أن يكون Kilopower قادرا على توفير الطاقة لمجموعة من التطبيقات ، على سبيل المثال مسبار فضائي أو قاعدة مأهولة على سطح المريخ. هناك نموذجان قيد الدراسة: الأول يجب أن يكون قادرًا على توفير طاقة تبلغ حوالي 800 واط ، وهو متوسط الطاقة المستخدمة في المسبار الفضائي. النموذج الثاني سيكون نسخة أقوى قادرة على توفير ما بين 3000 و 10000 واط ، الطاقة اللازمة لقاعدة صغيرة مسكونة على المريخ. سيتم اختبار بعض عناصر النظام ، مثل تشتت الرادياتير ، مباشرة على محطة الفضاء الدولية (ISS).
يختلف تصميم المفاعل تمامًا عن المفاعل النووي المدني ، وحتى العسكري الموجود في الغواصات. لن يتم تحويل الحرارة الناتجة عن التفاعلات النووية بواسطة التوربينات البخارية ولكن سوف تستخدم محركات ستيرلنغ. هذه المحركات قادرة على قيادة مولد من فرق درجة الحرارة. هكذا تأمل ناسا في احتواء ثلاث محطات للطاقة النووية بأبعاد أقل بقليل من مترين. إن استخدام الطاقة النووية في الفضاء هو في الوقت الحالي مقتصرا على الآر بي جي ، والبطاريات التي تعمل مع النشاط الإشعاعي. إن تحقيق مشروع محطة طاقة نووية حتى ولو كان منخفضاً للغاية يمثل تحدياً جديداً ، لأن برنامج أريفا في الخمسينات والستينات من القرن العشرين طور محركاً نووياً للفضاء بعد عشرين عاماً من البحث ، لكن المشروع تم التخلي عنه ثم أصبح يعمل.
الصورة بواسطة NASA Glenn [Public domain]، via Wikimedia Commons
مصادر
