Статья космического агентства Китая об аспектах американской программы освоения Луны (адаптированный перевод).
Недавно НАСА объявило, что завершило первую фазу «Энергетического проекта лунного атомного реактора» и планирует запустить вторую фазу торгов по проекту в 2025 году, что привлекло широкое внимание. Почему НАСА хочет разработать конструкцию космического атомного реактора, какие цели ставит этот проект и какие технические проблемы перед ним стоят?
Поддержите программу пилотируемой высадки на Луну
В конце 2021 года НАСА и Министерство энергетики совместно опубликовали заявление о «Проекте энергоснабжения от лунного ядерного реактора», чтобы запросить финансирование для строительства ядерного реактора на Луне для энергоснабжения. Этот проект является важной частью американской программы «Артемида». Ядерный реактор будет служить ядром лунной энергетической системы, обеспечивая базовое электропитание для долгосрочного проживания астронавтов и исследовательской деятельности при суровых условиях лунной поверхности.
Согласно проекту, энергетическая система ядерного реактора состоит из активной зоны реактора с урановым топливом, системы преобразования энергии, системы терморегулирования, системы управления и распределения мощности. Реактор с проектной мощностью 40 киловатт, должен работать непрерывно на поверхности Луны в течение не менее 10 лет, выдерживать остановки и перезапуски и специфические лунные условия. Система должна складываться и в сложенном виде должна умещаться в цилиндрическом пространстве диаметром 4 метра и длиной 6 метров, а вес не превышать 6 тонн.
Автономный атомный реактор должен автоматически запускаться и отключаться несколько раз, поддерживать пользовательскую нагрузку в диапазоне мощности от 0 до 100%, минимизировать влияние отдельных точек отказа и обеспечивать выходную мощность не менее 5 киловатт после сбоя. Система должна работать на лунном корабле или транспортироваться с помощью лунного корабля в другие места на поверхности Луны для работы. Радиационное воздействие на расстоянии 1 км от системы ограничено базовым значением 5 бэр в год.
По словам руководителей проекта, ядерный реактор будет полностью изготовлен и собран на Земле, а испытания на безопасность будут завершены до того, как он будет объединен с лунным посадочным модулем и выведен на орбиту.
После посадки на поверхность Луны атомный реактор может быть запущен сразу же и никакой дополнительной сборки не потребуется. Энергоснабжение от атомного реактора обеспечит энергоснабжением масштабных исследований лунной поверхности, создания аванпостов и использования ресурсов на месте.
«Проект лунного атомного реактора для энергоснабжения» планируется реализовать в два этапа. На первом этапе будет осуществлено планирование программы и инженерное проектирование.
После объявления НАСА получило 22 письменных ответа от отраслей, включая аэрокосмическую и атомной энергетики, а Lockheed Martin, Westinghouse Electric Company и IX Corporation получили финансирование для первого этапа на сумму 5 миллионов долларов на проектирование атомного реактора и его подсистем,для составления плана работ.
Затем НАСА подведет итоги первого этапа, уточнит направление работ, доработает проект и план лунной демонстрации. Второй этап проекта будет включать разработку наземных и летных прототипов, то есть строительство источника питания на основе атомного реактора, строительство транспортной системы доставки и спускаемого аппарата, а также отправку источника питания на Луну.
Второй этап публичных торгов планируется начать в следующем году, в ходе которого будут выбраны компании с технологическими и ценовыми преимуществами, а результаты будут получены до конца 2028 года.
Потенциал применения таких источников питания огромен
В современных космических миссиях источники энергии, используемые космическими кораблями, в основном включают химические батареи, комбинированные источники энергии на основе солнечных батарей и аккумуляторных батарей и ядерные источники энергии. Химические батареи имеют простую конструкцию и надежную работу, но имеют короткий срок службы, плохую работу при низких температурах и низкую мощность.
Технология комбинированного источника питания: солнечной батареи с аккумулятором является в настоящее время очень отработанной. Она имеет длительный срок службы, высокую мощность и надежную работу и в настоящее время является наиболее широко используемым космическим источником питания. Однако солнечные батареи очень зависят от условий освещения и не могут работать в тени и в глубоком космосе, а также имеют такие проблемы, как большие площади развертывания и сложные конструкции.
Космические источники на основе атомной энергии в основном включают изотопные источники энергии и атомные реакторы.
Первые преобразуют или генерирует электрическую энергию за счет остаточного тепла. Они имеют небольшую мощность, длительный срок службы и надежную работу. Они широко используются в космических миссиях малой мощности, таких как как американские «Пионер» и «Вояджер», «Галилео» и «Кассини» и т. д.
Источники питания с атомными реакторами преобразуют тепловую энергию, вырабатываемую атомными реакторами, в электрическую. Этот тип источника питания не зависит от света, работает круглосуточно, обладает хорошей адаптируемостью и может работать в разных условиях - в тени, при пыльных бурях, при высоких температурах, при радиации и в других средах. Он имеет широкий диапазон выходных мощностей, начиная от киловатта до мегаватта и выше. Выходная мощность, большой запас энергии, легкий вес, небольшой размер - всё это очень подходит для космических полетов. которые требуют средней и высокой мощности.
Энергоснабжение от атомных реакторов имеет очевидные преимущества и является важным направлением развития космической и аэрокосмической энергетики. Соединенные Штаты и Советский Союз очень рано начали инвестировать в их исследования и разработки, но технология была очень сложной и практического применения было очень мало. Соединенные Штаты осуществили запуск такого реактора только один раз в 1965 году, установив на искусственном спутнике реактор с электрической мощностью всего 500 Вт и работавший в течение 43 дней.
Поскольку пилотируемая высадка на Луну становится основой космических миссий в ближайшие 10 лет, а пилотируемая высадка на Луну и миссии по исследованию дальнего космоса становятся долгосрочными планами, потребность человечества в энергоснабжении от атомных реакторов становится все более актуальной. Холодная лунная ночь на лунной поверхности длится 14 дней, освещенность сильно меняется вблизи полюсов, постоянные теневые участки в кратерах темны круглый год, а марсианские пылевые бури часто длятся несколько месяцев. В этих суровых условиях производство солнечной энергии больше не может удовлетворить спрос, а запасы топлива также очень ограничены, что затрудняет надежную поддержку космонавтов, находящихся вне Земли в течение длительного периода времени.
Соединенные Штаты всегда рассматривали мощность ядерных реакторов как лучший вариант энергоснабжения баз на Луне, Марсе и других планетах. Помимо поддержки реализации программы «Артемида», исследования и разработки источников атомных источников питания также будут способствовать реализации и применению ряда ключевых технологий, проходящих через весь процесс энергоснабжения космических атомных реакторов от запуска и развертывания в режим эксплуатации и техническому обслуживанию, а также прокладывая путь для последующего развития источников с более высокими мощностями, закладывая основу для различных иатомных реакторов с более широким спектром применения.
Реализация идеи – это вызов
США имеют достаточный опыт в области энергоснабжения от космических атомных реакторов. С 1960 года по настоящее время, исходя из опыта разных периодов, Соединенные Штаты последовательно проводили научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, такие как «План создания вспомогательной атомной энергетической системы», «План SP-100» и «План Инициативы по космической атомной энергетике», освоили большое количество ключевых технологий и построили серию космических атомных реакторов. Однако технология энергоснабжения от космических атомных реакторов очень сложна, и в то же время эти ранние планы, в конечном итоге, не были реализованы из-за неясных требований и корректировки приоритетов космических миссий.
С начала нового столетия НАСА извлекло уроки из прошлого опыта, сосредоточилось на использовании обкатанных технологий, снизило затраты и риски, сократило цикл исследований и разработок и уже получила некоторые результаты.
Например, в рамках «плана энергоснабжения на уровне киловатт» разработано новое поколение источников питания с малыми атомными реакторами, в которых используется уран-235 и используется свободнопоршневой двигатель Стирлинга для преобразования и выдачи электроэнергии мощностью в киловатт. Масса 1-киловаттного реактора около 400 килограммов. В 2018 году он прошел испытания на полную мощность и в различных аварийных условиях. Это первый прототип источника космического атомного реактора наземного базирования в США за более чем 40 лет, что означает переход США на новый этап развития.
Однако, если Соединенные Штаты захотят эксплуатировать атомный источник питания на поверхности Луны, они все равно столкнутся со многими техническими проблемами, включая ключевые технологии в ядерных реакторах, преобразовании энергии, рассеивании тепла и доставки его на поверхность. Хотя во всех этих областях существуют относительно отработанные решения, в настоящее время ни одна компания не обладает всеми возможностями. Это требует объединения различных отделов в единую команду, интеграции инженерных навыков и разработки всех технологий.
Стоит отметить, что при разработке источника питания на основе атомного реактора произошло несколько аварий, и безопасность также привлекла большое внимание. С одной стороны, ее безопасно использовать на лунной базе, с другой стороны, необходима оценка воздействия проекта на окружающую среду на Земле. Система энергоснабжения должна гарантировать, что ядерное топливо не будет уничтожено до достижения лунной поверхности.
После завершения работы реактора необходимо реализовать план безопасного вывода его из эксплуатации, чтобы постепенно снизить уровень радиации системы до уровня, безопасного для человека, гарантируя, что он не представляет угрозы для космонавтов или окружающей среды.
В будущем проект энергоснабжения лунного ядерного реактора планирует создать лунную энергосистему, построить более совершенную космическую базу и значительно расширить возможности космических миссий. Сможет ли НАСА достичь своей цели, еще неизвестно.
В будущем планируется создать лунную энергосистему, построить более совершенную космическую базу и значительно расширить возможности космических миссий. Сможет ли НАСА достичь своей цели, еще неизвестно.
Оригинал статьи здесь от 29.02.2024
Тем временем, по сообщениям канала AstroNews от 28.02.24
В недавнем заявлении Китайское национальное космическое управление (CNSA) обнародовало названия компонентов своей предстоящей лунной миссии. CNSA работает над отправкой людей на Луну с помощью серии роботизированных миссий. 22-тонный корабль, который доставит астронавтов на Луну, назвали "Мэнчжоу" (переводится как "Лодка мечты"), а спускаемый аппарат получил название "Ланьюэ" (что означает "Объять Луну"). Китай планирует отправить двух человек и луноход на поверхность Луны к 2030 году.
Согласно китайским государственным СМИ, космический корабль "Мэнчжоу" будет включать в себя модуль, предназначенный для размещения космонавтов. Он также будет функционировать в качестве центра управления. В дополнение к этому, будет служебный модуль, в котором находятся энергетические и двигательные установки. В целом, "Мэнчжоу" будет иметь длину 9 метров и весить 22 тонны.
Китайская миссия по высадке людей на Луну является продолжением успешной серии запусков беспилотных лунных зондов "Чанъэ", которые в 2019 году совершили посадку на обратной стороне Луны. Однако серия на этом не закончилась. Запуск "Чанъэ-6" запланирован на конец этого года, и его цель - получить первые в истории образцы с обратной стороны Луны.
Оригинал статьи здесь.
С уважением,
