تامین انرژی مورد نیاز پایگاه‌های آینده در ماه و مریخ توسط مینی راکتورها ، یکی از پروژه‌هایی است که سازمان فضایی آمریکا (NASA) درصدی از بودجه و توان خود را به آن اختصاص داده است.
پروژه‌های آتی ناسا و سازمان فضایی اروپا (ESA)، کمپانی‌های فضایی خصوصی مانند اسپیس‌ایکس و لاک‌هید مارتین و حتی اخیرا فعالیت‌های فضایی چینی‌ها در زمینه ارسال آزمایشگاه به مدار زمین، سال ۲۰۱۸ را به برهه‌ای پررونق برای ماموریت‌های فضایی تبدیل نموده است. موشک‌های قدرتمند فالکون سنگین اسپیس‌ایکس، پروژه اگزومارس (ExoMars)، سطح‌نشین مریخی این‌سایت (InSight) و بسیاری از ماموریت‌ها و فضاپیما‌های دیگر بر روی سیاره سرخ مریخ متمرکز هستند و از اهمیت بالا این سیاره در میان اکتشافات هیجان‌انگیز سال آینده خبر می‌دهند.
مینی راکتورهای هسته‌ای ، راهکاری برای تامین انرژی تاسیسات فضایی
سازمان فضایی آمریکا (ناسا) همچنان که بر روی ماموریت‌های خود به مقصد نقاط دوردست منظومه شمسی کار می‌کند، بخشی از هزینه و زمان خود را بر روی یک منبع انرژی صرف متمرکز نموده که توانایی تامین قدرت لازم برای پایگاه‌های احتمالی آینده در ماه و مریخ را دارد. یکی از اهداف اولیه حال حاضر ناسا، رسیدن به حضور دائمی انسان در ماه است. کمپانی‌هایی نظیر لاک‌هید مارتین، اسپیس‌ایکس، Blue Origin و مون اکسپرس از تمایل خود برای تهیه زیرساخت‌ها در ماه برای حضور صنایعی مانند حفاری با هدف کشف هلیوم-۳ (Helium-3) یا تولید سوخت موشک، خبر داده‌اند. برای برآورده شدن هر یک از هدف‌ها، مهندسان نیاز به تاسیس یک منبع قابل اتکا در راستای تامین انرژی در ماه دارند.
در راستای برآورده کردن این خواسته، ناسا درصدد همکاری با موسسه‌ای به نام آزمایشگاه ملی لوس‌آلاموس (Los Alamos National Laboratory) است که دهه‌ها در زمینه انرژی هسته‌ای به فعالیت پرداخته است. کیلوپاور‌های (Kilopower) این ازمایشگاه، رآکتور‌های شکافت هسته کوچک و ساده‌ای هستند که برای تامین انرژی ماموریت‌های طولانی مدت در فضا بسیار کلیدی به نظر می‌رسند.
بیشتر بخوانید: ایلان ماسک در ژانویه ۲۰۱۸ خودروی تسلا رودستر را به مریخ می‌فرستد
ماموریت‌های ماه می‌توانند در استفاده از راکتور کیلوپاور پیشگام باشند. اگرچه موسسه لوس آلاموس می‌گوید این منبع انرژی هسته‌ای کوچک قابلیت به کار رفتن در فضاپیما‌های ماموریت‌های رباتیک به مقصد اقمار سیارات زحل و مشتری، غول‌های گازی اورانوس و نپتون و یا حتی پرواز‌های فضایی به آنسوی سیاره کوتوله پلوتو را نیز دارد.
این رآکتور کوچک با استفاده از تکنولوژی لوله گرما که موسسه لوس آلاموس در سال ۱۹۶۳ آن را توسعه بخشید، به گونه‌ای طراحی شده تا حداقل بخش‌های متحرک ممکن را داشته باشد.در این راکتور کیلوپاور یک قطعه جامد از سوخت هسته‌ای اورانیوم ۲۳۵ با اندازه‌ای در حدود یک رول دستمال توالت استفاده خواهد شد، که گرمای لازم برای شکافت هسته را فراهم می‌کند. این گرما حاصله، سپس در هشت لوله گرمایی با دمایی بیش از ۱۶۰۰ درجه فارنهایت، سدیم را به جوش خواهد آورد.
این لوله‌های گرمایی انرژی را به موتور استرلینگ (نوعی موتور درون‌سوز) منتقل می کنند. موتور استرلینگ سرانجام گرما را به انرژی الکتریسیته تبدیل می‌کند. این فرآیند با نحوه کارکرد باتری‌های پلوتونیومی که در فضاپیما “افق‌های نو” (New Horizons) و مریخ‌نورد “کنجکاوی” (Curiosity) کار گذاشته شده ، متفاوت است. باتری‌های پلوتونیومی انرژی گرمایی تولید شده را طی فرآیند فروپاشی هسته‌ای سوخت به الکتریسیته تبدیل می‌کند. رآکتور‌های کیلوپاور در حقیقت سوخت هسته‌ای را در یک واکنش شکافت تقسیم می‌کند. به عنوان یک نتیجه‌گیری، این رآکتور کوچک می‌تواند در مقیاس بسیار بزرگ‌تری اقدام به تولید انرژی کند.
مدل‌های مختلف راکتور کیلوپاور
حتی با درنظر گرفتن محافظ گرما و سیستم‌های خارجی، دستگاه راکتور کیلوپاور بزرگ‌تر از یک قوطی زباله نخواهد بود. با این حال این پتانسیل را دارد که برای سال‌ها و یا حتی دهه‌ها به تولید انرژی مشغول باشد. بر اساس برنامه‌ریزی‌ها قرار است دو مدل از این رآکتور‌های شکافت تولید شود؛ مدل اول توانایی پمپاژ ۱ کیلوات انرژی را دارد و از آن در فضاپیما‌ها در حال ماموریت استفاده می‌شود.
از مدل دوم که توانایی پمپاژ ۱۰ کیلووات انرژی را دارد برای پشتیبانی از عملیات‌های سطح ماه و مریخ مورد استفاده قرار می‌گیرد. ناسا نشان داده است که این راکتور کیلوپاور توانایی راه اندازی گروهی از عملیات‌های فضایی را دارد. از جمله این عملیات‌ها می‌توان به حفاری، ذوب کردن مواد، گرمادهی، سرمادهی، جمع‌آوری نمونه، پردازش مواد، ساختن، تصویر برداری، رادار، لیزر، نیروی محرکه الکتریکی، ارتباطات، شارژ مجدد سطح‌نورد‌ها و موارد بسیار دیگری اشاره کرد.
آزمایش رآکتور کیلوپاور ، آزمایشی تحت عنوان KRUSTY یا رآکتور هسته‌ای استفاده کننده از تکنولوژی استرلینگ (Kilopower Reactor Using Stirling Technology) بوده که سال گذشته در سایت امنیتی ملی نوادا (NNSS) در صحرای نوادا آغاز شد. سوال مهمی که ذهن را به خود مشغول می‌کند این است که چرا سایت‌های امنیتی آمریکایی مانند منطقه مرموز ۵۱ عموما در صحرای نوادا پی‌ریزی می‌شود؟ قدم بعدی آزمایش رآکتور کیلوپاور در شرایطی که حداکثر قدرت خود را برای شبیه‌سازی عملیات‌های فضایی به کار می‌برد خواهد بو که بر اساس برنامه ریزی در بهار سال جاری میلادی انجام خواهد شد.
بیشتر بخوانید: منطقه ۵۱ کجاست؟ پشت پرده مرموزترین پایگاه نظامی جهان
هنگامی که ناسا ساخت دروازه عمیق فضایی (Deep Space Gateway) را به پایان برساند، احتمالا از آن برای ارسال اعضای خدمه ماموریت‌های فضایی به مریخ استفاده خواهد کرد. دروازه عمیق فضایی نام یک ایستگاه فضایی خواهد بود که در مداری در مجاورت ماه به دور آن خواهد گشت و موجبات فرود فضانوردان بر روی آن را فراهم خواهد آورد. چنین ماموریتی مدت زمان زیادی برای فرود روی سطح سیاره نیاز دارد. همچنین نیاز است مقدار زیادی سوخت برای استفاده فضاوردان فراهم باشد. با این تفاسیر این سوخت مورد نیاز یا باید از قبل به آنجا ارسال شود و یا به صورت همراه یا در سیاره تولید شود.
بیشتر بخوانید: همکاری ژاپن و آمریکا در ساخت یک ایستگاه فضایی که به دور ماه خواهد گشت
به همین دلیل است که عرضه راکتور کیلوپاور از اهمیت بالایی برخوردار است و اینجاست که این سیستم وارد عمل می‌شود. مریخ ۲۰۲۰، مریخ‌نورد ناسا برای کشف حیات فرازمینی است که دستگاهی را به منظور خروج اکسیژن از اتمسفر مورد آزمایش قرار می‌دهد. این تکنولوژی برای پشتیبانی و تحریک حیات به صورت تولید اکسیژن مایع در مریخ عمل می‌کند. سیستم‌های آینده که در آزمایش مریخ ۲۰۲۰ انجام می‌شوند، می‌توانند از یک رآکتور هسته‌ای کوچک انرژی خود را تامین کنند. ناسا تخمین می‌زند که ۴۰ تا ۵۰ کیلووات انرژی برای پشتیبانی و تامین انرژی زیستگاه سطح مریخ نیاز است. با این تفاسیر چهار تا پنج رآکتور کیلوپاور برای پایگاه مریخی اینده مورد نیاز خواهد بود.
بیشتر بخوانید: مریخ ۲۰۲۰ با ۲۳ چشم؛ با مریخ‌نورد جدید ناسا آشنا شوید
انرژی هسته‌ای در مقایسه با سایر منابع تولید انرژی الکتریکی مزایای زیادی دارد. سوخت‌های شیمیایی به نسبت انرژی که تولید می‌کنند بسیار سنگین هستند و انرژی خورشیدی نیز صرفا در حضور نور مستقیم خورشید کارایی دارد. همانطور که می‌دانید نور مستقیم خورشید به صورت همیشگی در سطح مریخ وجود ندارد. همچنین تعداد کافی صفحات خورشیدی برای تغذیه یک زیستگاه در مریخ به طرز غیر معمولی سنگین خواهد بود و حمل آن نیز به سوخت زیادی نیاز خواهد داشت.
احتمالا این مسیر و استفاده از مینی رآکتورها و راکتورهای کیلوپاور شروع راهی است که منجر به فرود نخستین گام‌های یک فضانورد در دهه‌های آینده خواهد شد. به‌علاوه اخیرا ماموریت‌هایی که به مقصد سیارات خارجی منظومه شمسی انجام خواهد گرفت، مورد توجه جدی قرار گرفته‌اند. ناسا و موسسه لوس آلاموس در حال همکاری با یکدیگر هستند تا اطمینان حاصل کنند، هیچ یک از جاه‌طلبی‌های اکتشافات فضایی بدون کمبود انرژی متوقف نشوند.
بیشتر بخوانید:
- هیجان‌انگیزترین ماموریت های فضایی سال ۲۰۱۸
- دستور فضایی ترامپ برای بازگشت به ماه ؛ داستان سفر به ماه از نو نوشته می‌شود!
- رویداد‌های نجومی سال ۲۰۱۸ ؛ آسمان سال آینده چه شکلی خواهد بود؟
منبع: PopularMechanics
