211service.com
Vi behöver mer kraftfulla kärnkraftsmotorer för att utforska längre och snabbare ut i rymden
NASA
Förra året, Voyager 2 bröt slutligen igenom i det interstellära rymden efter att ha rest mer än 11,2 miljarder mil. Detta episka uppdrag möjliggjordes av kärnkraft, tekniken som har drivit rymdfarkoster i årtionden.
Rymdfarkoster som Voyager-paret drivs med radioisotop termoelektriska generatorer, eller RTGs. Dessa motorer förlitar sig på det faktum att radioaktiva ämnen avger värme när de bryts ned. Genom att omvandla värmen som genereras av sönderfallet av plutonium-238 (P-238) till elektricitet, fortsätter rymdfarkoster långt efter att solens strålar är en avlägsen glimt.
Men RTG:er begränsar oss också. Om vi vill skicka rymdfarkoster – eller människor – längre, snabbare och oftare kan vi inte fortsätta att lita på samma decennier gamla kärnteknik. Hur kan vi utöka vår räckvidd?
Vad som händer just nu
Vårt utbud av plutonium-238 håller på att torka. Den ursprungliga satsen tillverkades i USA som en biprodukt av att skapa plutonium-239 av vapenkvalitet under det kalla kriget. För att fortsätta utforska behöver NASA mycket mer.
Oak Ridge National Lab tog på sig uppgiften att tillverka den 2012. Det var en långsam manuell process att göra ens några gram. Men förra månaden, forskare vid Oak Ridge meddelat de hade äntligen utvecklat ett sätt att automatisera och skala upp produktionen av neptunium och aluminiumpellets som behövs för att tillverka P-238. Pellets omvandlas till dyrbar P-238 genom att pressa och innesluta dem i aluminiumrör och bestråla dem i en reaktor.
Att skapa dessa pellets var den största flaskhalsen i processen, och att ta människor ur ekvationen tog mycket experimenterande. I mycket kärnkraftsarbete är det cook and look, säger programchefen Bob Wham. Du designar det, lägger många säkerhetsfaktorer på design; ta ut det; och se om det fungerar som du förväntat dig. Efter år av arbete med att automatisera mätning och tillverkning gjorde det det.
Labbet tillverkar nu 50 gram P-238 per år men räknar med att snart vara uppe i 400 gram per år. Den förutspår att den kommer att kunna nå NASA:s årliga mål på 1,5 kg inom två år. Ju fler P-238 vi har, desto fler uppdrag kan vi skicka till rymden.
Små steg
NASA har också undersökt att göra effektivare RTG:er som kallas eMMRTG:er, eller förbättrade multi-mission RTG:er. Men för att verkligen ta ett större steg framåt måste vi titta på något nytt. Så småningom kommer vi att behöva system med högre effekt. Endast fission kan tillhandahålla det i alla typer av närtidsscenario, säger Los Alamos National Laboratory-forskare David Poston.
NASA
Stiga på Kilokraft .
Poston är chefsreaktordesignern för Kilopower, en prototyp av fissionsreaktor som NASA framgångsrikt testad förra året. Det kan ge kraft under långa uppdrag, möjligen till och med för mänskliga planetariska utposter. Sättet vi utvecklade det till att vara genomförbart var att förenkla saker, säger Poston. Vi har haft massor av rymdreaktorprogram under de senaste 30 åren, men de har alla misslyckats. Mest för att de blev för dyra. Kilopower har för närvarande en effekt på 4 kilowatt, men forskarna hoppas kunna nå 10 kW.
Jättesprång
Det har funnits några kärnkraftsidéer ett tag, inklusive att detonera atombomber på baksidan av rymdskepp i vad som kallas kärnkraftspulsframdrivning (du kanske kan upptäcka några praktiska problem med den). Men vissa människor arbetar fortfarande med att göra verklighet av några lika galna idéer.
Ett av dessa team är på Princeton Satellite Systems, som vill generera megawatt kraft med hjälp av fusion. Ja, vi har gått från watt till kilowatt till megawatt. Du är förmodligen bekant med fusion - det händer på himlen varje dag tack vare vår sol. Fusion producerar flera gånger den mängd energi som fission skapar, men det är svårt att kontrollera.
Princeton Satellite Systems utvecklar en direkt fusionsdrift , som använder magnetfält för att generera ström i plasma och värma upp den till 1 miljard °C. Teamet säger att dragkraften som maskinen i minibussstorlek (teoretiskt sett) skulle producera skulle minska restiden mellan solsystemet med mer än hälften (resor till Pluto skulle ta ungefär fyra år snarare än nio), med kraft över.
Oak Ridge National Laboratory, USA:s energidepartement
Om du har kraft när du kommer dit kan du göra många riktigt coola experiment, säger företagets fysiker Charles Swanson. En av de coolaste sakerna Cassini gjorde är radarbilder av Saturnus måne Titan. Men radarn är krafthungrig och var begränsad. Att ha en megawatt effekt frigör alternativ.
Företaget har fått en hel del finansiering från NASA och det amerikanska energidepartementet, så det ser ut som om någon tror att denna månbild kan fungera. Men låt oss vara ärliga: det kommer inte att hända någon gång snart - eller ens under vår livstid. Fusion är fortfarande i de tidigaste stadierna av forskning här på jorden.
Trots det är det fortfarande roligt att föreställa sig vad det kan göra möjligt. Det skulle kunna vara det steg vi behöver för att snabba upp våra resor till de yttre planeterna och bortom dem.