NASA завершает начальный этап своего проекта Fission Surface Power, который был сосредоточен на разработке концептуальных проектов небольшого ядерного реактора деления, генерирующего электричество, который можно было бы использовать во время будущей демонстрации на Луне, а также в качестве основы для будущих проектов для Марса.
В 2022 году NASA заключило три контракта на 5 миллионов долларов с коммерческими компаниями, поручив каждой разработать первоначальный проект, включающий реактор вместе с системами преобразования энергии, отвода тепла, управления и распределения энергии; сметные затраты; график разработки, что все вместе может проложить путь к обеспечению устойчивого присутствия человека на поверхности Луны в течение как минимум 10 лет.
«Демонстрация ядерного источника энергии на Луне необходима, чтобы показать, что это безопасный, чистый и надежный вариант», — сказала Труди Кортес, директор программы Technology Demonstration Missions в Дирекции космических технологий NASA в Вашингтоне. «Лунная ночь сложна с технической точки зрения, поэтому наличие такого источника энергии, как этот ядерный реактор, который работает независимо от Солнца, является благоприятным вариантом для долгосрочных исследований и научных усилий на Луне».
Если солнечные энергетические системы на Луне имеют ограничения, то ядерный реактор можно разместить в постоянно затененных местах или непрерывно генерировать электроэнергию в течение лунных ночей, которые длятся 14 с половиной земных суток.
NASA разработало открытые и гибкие требования к этому первоначальному реактору, чтобы коммерческие партнеры смогли предлагать творческие подходы для технической проверки.
«Было здоровое разнообразие подходов; все они были очень уникальными друг от друга», — сказала Линдсей Калдон, руководитель проекта по поверхностной энергетике в Исследовательском центре Гленна NASA в Кливленде. «Мы специально не предъявляли им много требований, потому что хотели, чтобы они мыслили нестандартно».
Тем не менее, определенные требования NASA подготовило. Размеры реактора должны быть в пределах шести метрических тонн, его мощность должна быть в состоянии генерировать 40 киловатт (кВт) электроэнергии, обеспечивая достаточное количество энергии для демонстрационных целей и дополнительную мощность, доступную для запуска лунной обитаемой среды, марсоходов, резервных сетей или научных экспериментов. Для сравнения, в США мощность 40 кВт в среднем может обеспечить электроэнергией 33 домохозяйства.
Также в условия NASA входила возможность работы реактора сроком минимум от 10 лет без вмешательства человека и его безопасность, особенно в отношении дозы радиации и защиты, что является ключевыми факторами.
Помимо установленных требований, предполагалось, что реактор будет дистанционно включаться и управляться. Разработчики выявили потенциальные неисправности и рассмотрели различные виды топлива и конфигурации. Земной опыт использования ядерной энергии в сочетании опытом в космосе породил широкий спектр идей.
Теперь NASA планирует продлить три контракта первой фазы проекта, чтобы собрать больше информации до второй фазы, когда производителям будет предложено спроектировать выбранные реакторы для демонстрации на Луне. Открытый тендер на вторую фазу проекта запланирован на 2025 год.
Далее, после реализации второй фазы, намеченный срок доставки реактора на стартовую площадку — начало 2030-х годов. На Луне реактор должен пройти демонстрацию в течение года, за которой последуют девять лет эксплуатации. Если все пойдет хорошо, конструкция реактора может быть обновлена для потенциального использования на Марсе.
Помимо подготовки ко второй фазе, NASA недавно заключило контракты с Rolls Royce North American Technologies, Brayton Energy и General Electric на разработку преобразователей энергии Brayton.
Тепловая энергия, вырабатываемая при ядерном делении, перед использованием должна быть преобразована в электричество. Конвертеры Brayton решают эту задачу, используя разницу тепла для вращения турбин внутри конвертеров. Однако нынешние преобразователи Brayton тратят много тепла, поэтому NASA поставило перед компаниями задачу сделать эти двигатели более эффективными.
