Статья Даниэля Бушкпана «Почему NASA хочет разметить атомную электростанцию на Луне», опубликованная на сайте американского новостного бизнес-телеканала CNBC

Иллюстрация концепта энергосистемы, использующей энергию ядерного деления на Луне. NASA
Иллюстрация концепта энергосистемы, использующей энергию ядерного деления на Луне. NASA

* * *

NASA и министерство энергетики США будут искать предложения от промышленности по строительству атомной электростанции на Луне и на Марсе для поддержки своих долгосрочных планов разведки. Предложение касается системы питания на поверхности ядерного реактора, и цель состоит в том, чтобы к 2026 году были готовы к запуску летная система, посадочный модуль и реактор.

Энтони Каломино, руководитель портфеля ядерных технологий НАСА в Управлении космических технологий, сказал, что план заключается в разработке поверхностной энергосистемы деления мощностью 10 киловатт для демонстрации на Луне к концу 2020-х годов. Установка будет полностью изготовлена и смонтирована на Земле, а затем проверена на безопасность и правильность работы.

Затем она будет интегрирована с лунным посадочным модулем, а ракета-носитель доставит ее на орбиту вокруг Луны. Посадочный модуль опустит ее на поверхность, и как только она прибудет, она будет готова к работе без дополнительной сборки или строительства. Ожидается, что демонстрация продлится один год и в конечном итоге может привести к расширенным миссиям на Луну, Марс и за ее пределами.

«После того, как технология будет проверена посредством демонстрации, будущие системы могут быть расширены или несколько единиц могут использоваться вместе для длительных миссий на Луне и, в конечном итоге, на Марсе, — сказал Каломино. — Четыре блока, вырабатывающие 10 киловатт электроэнергии каждый, обеспечат достаточную мощность для создания форпоста на Луне или Марсе. Способность производить большое количество электроэнергии на планетных поверхностях с использованием системы питания на поверхности деления позволит проводить крупномасштабные исследования, создание человеческих постов и использование ресурсов на месте при одновременной возможности коммерциализации».

НАСА работает над этим с Национальной лабораторией Айдахо (INL), ядерным исследовательским центром, который является частью комплекса лабораторий министерства энергетики. Но насколько реалистичен план и возможна ли доставка через шесть лет? По словам Стива Джонсона, директора отдела космической ядерной энергии и изотопных технологий Национальной лаборатории штата Айдахо, ответ — «да».

»Мы можем использовать задел, созданный за годы исследований и разработок передовых видов топлива и материалов, а также недавние достижения в области коммерческого космического транспорта, чтобы снизить риски срыва графика и уложиться в срок до 2026 года, — сказал Джонсон. — Мы действительно стремимся предложить коммерческие инновации в ядерной отрасли, чтобы работать с НАСА и аэрокосмической отраслью, используя существующие технологии».

Каломино сказал, что технологии, которые имеют решающее значение для успеха этого проекта, — это ядерный реактор, преобразование энергии, отвод тепла и технологии космических полетов.

Как будет работать атомная станция

«Реактор будет работать на низкообогащенном ядерном топливе, — рассказывает Каломино. — Небольшой ядерный реактор будет вырабатывать тепло, которое передается в систему преобразования энергии, которая состоит из двигателей, использующих тепло от реактора, а не горючее топливо. Двигатели преобразуют тепло в электрическую энергию, необходимую для оборудования, работающего на лунной и марсианской поверхности. Технология отвода тепла также важна для поддержания правильной рабочей температуры оборудования».

Джонсон сказал, что в дополнение к исследованиям и разработкам, которые проводились в течение последних нескольких десятилетий, имеющаяся физическая инфраструктура, использующаяся для разработки ядерных реакторов, систем преобразования энергии, отвода тепла и технологий космических полетов, сделает 2026 год реальным сроком.

«Мы можем использовать существующие помещения и технических специалистов наших национальных лабораторий для поддержки этой важной инициативы, чтобы уложиться в сроки, установленные государством, — сказал он. — В INL мы поддерживаем созданное для реализации этого грандиозного проекта межотраслевое партнерство аэрокосмических, атомных и энергетических компаний, которое намеренного уже в ближайшие месяцы разработать демонстрационный реактор».
Фотография Луны, сделанная космическим кораблем Beresheet SpaceIL на орбите
Фотография Луны, сделанная космическим кораблем Beresheet SpaceIL на орбите

Источник: SpaceIL.

Каломино сказал, что агентство заключило партнерские отношения с министерством энергетики США, и они совместно определят миссию и системные требования. INL будет управлять контрактами на разработку лунной системы электропитания на основе энергии ядерного деления, включая реактор и систему безопасности, систему преобразования энергии, систему отвода тепла, а также систему управления и распределения энергии.

«Система питания на основе энергии ядерного деления будет спроектирована так, чтобы работать с электрической мощностью около 10 киловатт в течение примерно 10 лет», — сказал он, добавив, что 10 киловатт примерно эквивалентны количеству энергии, необходимому для питания от пяти до восьми больших домов.

Каломино сказал, что лаборатория запросила информацию, чтобы оценить интерес отрасли и разработать план проекта. На него было получено 22 письменных ответа от крупных и малых компаний, работающих в аэрокосмической, ядерной и энергетической отраслях.

Хотя он не назвал ни одной из этих компаний, он сообщил, что все они имеют опыт создания ядерных реакторов, разработки космических технологий и производства специализированного оборудования, которое потребуется для этого проекта. Он добавил, что NASA и министерство энергетики планируют подготовить еще один запрос на предложения, касающиеся конкретно ядерной энергии деления, в начале 2021 года. Стоимость будущих контрактов ещё не определена.

«Правительство планирует заключить несколько краткосрочных контрактов на разработку предварительного проекта, а затем заключить крупный контракт на окончательную разработку летного оборудования, — рассказал Каломино. — Проект предполагает, что компании сформируют команды для решения всех технологических областей, необходимых для разработки этой уникальной и сложной энергосистемы».

Каломино пояснил, что проект настолько сложен, потому что требует интеграции различных навыков организационной инженерии.

«Компании, специализирующиеся на разработке ядерных реакторов, могут не иметь достаточных организационных знаний или опыта разработки космического оборудования и систем преобразования энергии, — объяснил Каломино — Может потребоваться, например, специальное коммуникационное оборудование, датчики, технологии преобразования энергии и теплопередачи, которые проще получить через сотрудничество со специализированными фирмами».

Безопасен ли ядерный реактор на Луне?

Идея использования ядерного реактора на Луне может показаться широкой публике необычной или даже опасной. Эндрю Крэбтри, основатель агентства по трудоустройству Get Into Nuclear, сказал, что при реализации этой задачи необходимо учитывать множество факторов, но вопрос о том, безопасно ли использовать ядерную энергию в космосе, не входит в их число.

«Ядерная энергия уже много раз использовалась в космосе, — рассказывает Крэбтри. — Атомная энергия работает на Луне с момента полета Аполлона-12 в ноябре 1969 года, успешно выдерживая огромные перепады температуры. Аполлон-12 ознаменовал собой первое использование ядерной энергосистемы на Луне».

Он также сказал, что люди, которые беспокоятся о том, чтобы космическое пространство не загрязнялось, должны спать спокойно.

«Прежде чем вы скажете что-то вроде: «Мы не должны загрязнять космос ядерными отходами», знайте, что почти в каждой космической миссии, о которой вы когда-либо слышали, использовались радиоизотопные термоэлектрические генераторы, источником электроэнергии которых является плутоний-238».

Шел Горовиц, консультант по рентабельности и маркетингу экологического бизнеса, заявил, что размещение атомной электростанции на Луне будет бесполезным занятием и совершенно ненужным.

«С учетом стремительно падающей стоимости действительно чистой энергии от солнца, ветра и малых гидроэлектростанций, а также растущей эффективности, которую мы достигли за счет сохранения окружающей среды, нет причин проходить длительный, дорогостоящий и опасный процесс, — заявляет Горовиц. — И без этого мы сможем удовлетворить наши потребности в энергии».

Каломино соглашается, что лунный проект вполне может потребовать использования возобновляемых источников энергии, о которых говорит Горовиц. Они также могут потребоваться и для будущих миссий, однако при работе в космосе возникают ситуации, в которых использование возобновляемых источников энергии может быть непрактичным, если не невозможным.

«Эти миссии могут потребовать использования различных солнечных, аккумуляторных, радиоизотопных и ядерных энергетических систем, чтобы удовлетворить широкий спектр высоких требований, — сказал он. — Электроэнергия ядерного деления необходима там, где солнечная энергия, энергия ветра и гидроэнергии недоступны. На Марсе, например, солнечное освещение сильно меняется в зависимости от сезона, а периодические пыльные бури могут длиться месяцами. На Луне холодная лунная ночь длится 14 дней, в то время как солнечный свет сильно меняется вблизи полюсов и полностью отсутствует в постоянно затененных кратерах. В этих сложных условиях производство электроэнергии за счет солнечного света затруднено, а поставки топлива ограничены. Поэтому энергия ядерного деления представляет собой легкое, надежное и эффективное решение».

Стив Мелинк, автор книги «Фьюжн-капитализм: видение чистой энергии для консерваторов», а также основатель и генеральный директор Melink Corp., компании, которая занимается продвижением возобновляемых источников энергии в строительной отрасли, сказал, что необходимо учитывать и другие факторы.

«Когда мы должны решать неожиданно возникающие проблемы? — спрашивает Мелник. — Явно не тогда, когда уже что-то пошло не так. Современная ядерная энергетика крайне сложна, поэтому предвидение каждой предсказуемой проблемы требует запаса запчастей, наличия технических специалистов и расходных материалов, которые будущим поколениям могут показаться ненужными».

Он рекомендовал НАСА использовать солнечные фотоэлектрические элементы, которые, по его словам, уже используются в космосе для выработки энергии и которые он назвал практичным решением.

«Энергия ядерного деления необходима там, где солнечная энергия, энергия ветра и гидроэнергия недоступны».

Энтони Каломино, руководитель портфеля ядерных технологий NASA в управлении космическим технологий:

«Стоимость за последние 10 лет снизилась настолько, что коммунальные предприятия, предприятия и школы повсюду на Земле устанавливают их вместо других доступных вариантов, — говорит он о солнечных фотоэлектрических батареях. — Нет никаких рисков, связанных с авариями, радиоактивным загрязнением и полным отключением электроэнергии. Solar — это идеальное решение для обеспечения избыточности энергообеспечения, и оно будет расширяться со временем».

В ответ на высказанные по поводу атомной энергетики опасения Каломино сказал, что безопасность всегда была приоритетом NASA. Проект ещё требует утверждения закона о национальной экологической политике, который включает в себя оценку воздействия проекта на окружающую среду, а энергосистема будет спроектирована таким образом, чтобы ядерное топливо в принципе не могло быть активировано до того, как оно окажется на поверхности Луны.

«В отличие от наземных реакторов, здесь нет задачи удаления или перезагрузки топлива», — сказал он.

Каломино сказал, что в конце 10-летней миссии реактора планируется его безопасный вывод из эксплуатации.

«В конце срока службы система отключится, и уровни радиации будут постепенно снижаться до безопасных уровней для доступа людей и обращения с ними, — сказал он. — Использованные системы могут быть перемещены в удаленное хранилище, где они не будут представлять никакой угрозы для экипажа или окружающей среды».
Визуальная концепция базы на Марсе, на которой показан разрез с помещением подземного сада
Визуальная концепция базы на Марсе, на которой показан разрез с помещением подземного сада

Источник: NASA.

Доктор Хосе Мори, директор по медицинским инновациям в Liberty BioSecurity, сказал, что если на Луне произойдет ядерная авария, то это не создаст большой опасности для Земли, потому что Земля защищена атмосферой, которая блокирует смертельную радиацию, генерируемую в космическом пространстве.

«Есть разные формы излучения, и космические лучи являются одними из самых вредных, и Вселенная наполнена им, — сказал он. — Повсюду в изобилии встречаются и все другие формы радиации».

Доктор Мори добавил, что в числе компаний, которые проявили интерес к участию в этой работе, присутствуют Blue Origin и BWXT, которые, к сожалению, не дали нам своих комментариев.

«Это смесь энергетических инженерных и традиционных аэрокосмических компаний, а также новых игроков в аэрокосмической отрасли», — сказал он.

Хотя проект только начался, он уже продемонстрировал, что ядерная энергетика осваивает новые рубежи. Несмотря на сложный политическую ситуацию вокруг атомной энергетики, доктор Мори считает, что её преимущества делают ее идеальной для проектов США в космосе.

«Ядерная энергия всегда была очень чистой и чрезвычайно эффективной формой энергии, — утверждает он. — На самом деле она будет иметь решающее значение в исследованиях дальнего космоса и, что более важно, для того, чтобы человечество стало «многопланетным» видом. Это новый этап освоения космоса предполагает возрождение и развитие ядерной отрасли до тех пор, пока не будет открыта новая форма эффективной, чистой энергии».