رآکتور کیلوپاور نوعی ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ است که از انرژی گرمایی حاصل از شکافت هسته‌ای برای تولید الکتریسیته استفاده می‌کند. ناسا امیدوار است تا بتواند از این تکنولوژی در ماموریت‌های آینده خود استفاده کند.
دانشمندان، مهندسان و گزارشگران چهارشنبه هفته گذشته (دوم می، ۱۲ام اردیبهشت) طی یک کنفرانس خبری برای اعلام آخرین نتایج پروژه راکتور هسته‌ای کیلوپاور دور هم جمع شدند. رآکتور کیلوپاور تست‌های اصلی زمینی خود را پشت سر گذاشته است و همچنین با انتظارات تیم توسعه این پروژه برابری و یا از آنها پیشی گرفته است.
ناسا این رآکتور آزمایشی را برای تامین انرژی ماموریت‌های سرنشین دار بلند مدت به سوی ماه، مریخ و یا مقاصد دورتر توسعه میدهد.
رآکتور کیلوپاور ؛ یک ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ
در چند دهه گذشته، فضاپیما‌ها به ویژه در طول ماموریت‌هایی مانند سفر به قطب کره ماه که انرژی خورشیدی در دسترس نیست، به انرژی هسته‌ای به عنوان یک منیع جمع و جور و قابل اتکا الکتریسیته متکی بوده‌اند.
فضاپیما‌های وویجر 1 و 2 که اکنون میلیارد‌ها کیلومتر از خورشید فاصله گرفته‌اند، هنوز هم پس از چهل سال مخابره کردن سیگنال‌ها به سوی زمین، برای ادامه ماموریت خود انرژی هسته‌ای کافی در اختیار دارد. همچنین باید به مریخ‌نورد کنجکاوی اشاره کرد که به مدت بیش از شش سال به فعالیت خود با یک باتری پلوتونیومی ادامه داده است.
بیشتر بخوایند : ماموریت فضاپیما‌های وویجر ؛ طولانی مدت ترین ماموریت ناسا
در فضاپیما‌هایی نظیر وویجر و کنجکاوی، دستگاهی به نام ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTG) انرژی گرمایی حاصل از فروپاشی ایزوتوپ رادیواکتیو پلوتونیوم را مستقیما به انرژی الکتریسیته تبدیل می‌کند. این فروپاشی منجر به اختلاف دما میان صفحاتی از دو نوع فلز مختلف می‌شود، که یکی متصل به رآکتور و دیگری به رادیاتور متصل است. در نتیجه این فرآیند اختلاف پتانسیل بوجود می‌آید.
این سیستم که ترموکوپل نام دارد، به طور معمول در دماسنج‌ها و حسگر‌های دمایی به کار می‌رود. اگرچه ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ، کارایی چندان بالایی ندارند، اما به دلیل سادگی، اجزای غیرمتحرک و عدم نیاز به تعمیرات، استفاده زیادی از آنها می‌شود.
اما بسیاری از ماموریت‌ها، به ویژه آنهایی که شامل خدمه انسانی هستند، به انرژی بیشتری نسبت به آنچه که ژنراتورهای RTG تولید می‌کنند نیاز دارند. به همین دلیل است که ناسا و دپارتمان انرژی ایالات متحده آمریکا (DOE) برای ساخت رآکتور هسته‌ای فضایی با یکدیگر همکاری می‌کنند. این رآکتورها بواسطه فرآیند شکاف هسته‌ای یا اتمی انرژی تولید می‌کنند.
در این کنفرانس خبری، مقامات ناسا و دپارتمان انرژی اتمام تست‌های موفقیت‌آمیز زمینی رآکتور کیلوپاور آزمایشی را اعلام کردند. این رآکتور که کروستی (KRUSTY) نام دارد از تکنولوژی استیرلینگ استفاده می‌کند. این رآکتور در چهار فاز و در پایگاه امنیت ملی نوادا متعلق به دپارتمان انرژی آزمایش شد.
دو فاز نخست بدون استفاده از انرژی به انجام رسید، تا مطمئن شوند همه اجزاء آنطور که انتظار می‌رود عمل می‌کنند. تیم تحقیقاتی در طول فاز سوم برای گرم کردن هسته نیرو را افزایش دادند. فاز آخر شامل یک آزمایش تمام قدرت ۲۸ ساعته بود و یک ماموریت واقعی را شبیه سازی می‌کند.
بیشتر بخوانید : مینی رآکتورها یا راکتور کیلوپاور؛ راهی جدید برای تامین انرژی پایگاه‌های ماه و مریخ!
تیم تحقیقاتی توالی راه‌اندازی، عملکرد حالت پایدار و کارایی رآکتور و برخی دیگر از موارد را ارزیابی کردند. در هر مورد، رآکتور با معیار‌های تیم مطالعاتی برابری یا بالاتر از آن بود. بر اساس گفته مارک گیبسون، مهندس ارشد پروژه رآکتور کیلوپاور، این دستگاه در شرایط خلاء با قدرت تمام کار می‌کند.
دیوید پوستون (David Poston)، طراح ارشد رآکتور کیلوپاور از اداره امنیت هسته‌ای ملی آزمایشگاه ملی لوس آلاموس (Los Alamos)، میگوید :
ما هر اقدامی را که می‌توانستیم برای توسعه این رآکتور انجام دادیم و در نهایت رآکتور KRUSTY نیز تست‌ها را با موفقیت بسیاری پشت سر گذاشت.
گیبسون میگوید که بیان اهمیت این نتایج دشوار است. تحقیق بر روی رآکتورهای شکافت فضایی از اواخر دهه ۱۹۷۰ تا اوایل دهه ۲۰۰۰ به دلیل هزینه‌های بالا و بازه زمانی طولانی مدت متوقف شده بود. موضوعی که آن را از توقف بسیاری از پروژه‌ها متوجه می‌شویم. گیبسون میگوید :
در چهل سال گذشته در ایالات متحده این نخستین پروژه قدرت گرفته از انرژی هسته‌ای است که از مفهوم جدید شکافت هسته‌ای استفاده کرده است.
رآکتورهای شکافت هسته‌ای از لحاظ عملی نسبت به ژنراتورهای ترموالکتریک رادیو ایزوتوپ برتری‌های بسیاری دارد. به عنوان مثال، رآکتورهای RTG معمولا تنها چند صدوات توان تولید می‌کنند، اما تولید این رآکتورها میتواند تا ۱۰ هزار وات نیز برسند. مطابق بیانیه‌ای که ناسا پس از این رویداد منتشر کرد، چهار واحد از آنها برای تاسیس یک شهر فرازمینی نیرو کافی را تامین می‌کنند.
مطابق گفته گیبسون مزیت دیگر این است که برخلاف رآکتورهای RTG که به طور مداوم فعالیت می‌کنند، خروجی رآکتور شکافت هسته ای میتواند متناسب با درخواست‌های فعلی باشد. این بدان معناست که میتواند در طول پرتاب و سفر به خواب رفته و هنگام رسیدن به مقصد روشن شود.
ناسا در بیانیه خود عنوان کرده است، این توانایی، در کنار افزایش کارایی رآکتورهای شکافت هسته‌ای به نسبت RTGها، منجر می‌شود که یک رآکتور کیلوپاور بتواند خروجی یک کیلوواتی خود را برای حداقل ۱۰ سال حفظ کند.
خود تنظیمی یک نیاز حیاتی در طراحی رآکتور کیلوپاور بوده است. این ویژگی نه تنها امنیت رآکتور را افزایش میدهد، بلکه مسئولیت مانیتورینگ و کنترل کردن را از دوش فضانوردان بر می‌دارد. پوستون میگوید :
ما آنجا نیازی به اپراتور نداریم و حتی اگر فضانوردان نیز آنجا باشند، نیازی نیست بخواهند تمام مدت در مرکز کنترل رآکتور بنشینند.
این سیستم مانند یک ترموستات (دماپا) است و آنچه در دستگاه اتفاق می‌افتد آن را در دمایی از پیش تعیین شده نگه می‌دارد. اگر رآکتور بیش از اندازه گرم شود، موتورهای استیرلینگ (Stirling) که الکتریسیته تولید می‌کنند، گرمای بیشتری از هسته اورانیوم خارج می‌کنند. به علاوه اگر رآکتور بیش از اندازه سرد شود، هسته به طور طبیعی منقبض می‌شود و نوترون‌های آزاد بیشتری به دام می‌افتند. موضوعی که سبب افزایش نرخ شکافت هسته می‌شود.
در پاسخ به نگرانی‌های مربوط به نیروگاه انرژی هسته‌ای شناور روس‌ها که اخیرا راه اندازی شد، پوستون توضیح میدهد که این رآکتور خطر کم یا هیچ خطری برای مردم نخواهد داشت. ناسا از همه پروتکل‌های مربوطه، شامل آنهایی که توسط سازمان ملل تعیین شده است پیروی می‌کند. به علاوه رآکتور کیلوپاور تا زمانی که از سیاره زمین دور نشده باشد روشن نخواهد شد. پوستون میگوید:
ما محاسبات مربوط به آن را انجام داده‌ایم. در بدترین شرایط فکر نمی‌کنیم احتمال این وجود داشته باشد که رآکتور به طور تصادفی روشن شود، حتی اگر هنگام پرتاب یک فاجعه رخ دهد.
تیم تحقیقاتی همچنین امنیت پایگاه رآکتور را درنظر گرفته است. پاتریک کاهالان (Patrick Cahalane)، معاون مدیرکل امنیت، زیرساخت‌ها و عملیات اداره ملی امنیت هسته‌ای میگوید مهندسان مرکز فضایی ژوهانسن ناسا در حال طراحی مخازنی برای نگهداری ایمن از سوخت مصرف شده در پایگاه هستند، چرا که بازگرداندن آن به زمین عملی نخواهد بود.
رآکتورها هیچگونه خنک‌کننده رادیواکتیوی ندارند که خطر آلودگی را ایجاد کند. تیم توسعه در حال تحقیق بر روی مکانیزم‌هایی است که از فضانوردان در برابر تشعشعاتی که ممکن است رآکتور منتشر کند، محافظت می‌کند. این مکانیز‌م‌ها شامل ساخت محافظ‌های درونی و نیز قرار دادن بخشی از رآکتور زیر سطح است.
اگرچه که این نمونه اولیه با واحد‌هایی که در فضا مستقر فضا فرستاده خواهند شد یکسان نیست، اما با توجه به واحدهای پروازی طراحی شده است. تست‌های پرواز گام مهم بعدی در توسعه آنهاست، با این وجود ناسا هنوز برای آنها برنامه‌ریزی نکرده است.
رآکتور کیلوپاور برای استفاده در ماموریت‌های سطح بهینه شده است. اما مقامات در کنفرانس خبری گفتند که این دستگاه میتواند در قدرت‌رسانی به سیستم‌های پیشرانش یونی و یا در دروازه مدارگرد ماه مورد استفاده قرار گیرد.
آخرین اخبار نجوم را با تکراتو دنبال کنید.
بیشتر بخوانید :
- دستور فضایی ترامپ برای بازگشت به ماه ؛ داستان سفر به ماه از نو نوشته می‌شود!
- هیجان‌انگیزترین ماموریت های فضایی سال ۲۰۱۸ ؛ ماه و مریخ در صدر اهداف
.
منبع : Space
