|
Трансформация космических путешествий следующего поколения
|
|
|
|
Словосочетание «ядерная энергия» вызывает в воображении образы больших дымящихся башен или дугового реактора Тони Старка из культовых фильмов «Железный человек». Но два стартапа из Сиэтла разрабатывают ядерные технологии, достаточно маленькие, чтобы их можно было взять и использовать, и они надеются, что отчасти благодаря поддержке Министерства обороны они будут питать космические корабли нового поколения. Корпорация Avalanche Energy и Ultra Safe Nuclear Corporation из Сиэтла в мае получила неназванные суммы финансирования от отдела оборонных инноваций Пентагона для дальнейшей разработки двух разных подходов к малой ядерной энергетике. Avalanche раздвигает границы ядерного синтеза, в то время как Ultra Safe стремится произвести революцию в ядерных радиоизотопных батареях, подобных тем, которые питают марсоходы. Ожидается, что к 2027 году обе компании поставят Пентагону функциональный прототип космического корабля.
|
|
|
|
«Ядерная энергетика — интересная область, потому что традиционно она в основном находилась в сфере государственного управления», — сказал майор ВВС США Райан Уид, руководитель программы ядерных двигателей и энергетики Отдела оборонных инноваций. Подразделение — аванпост Пентагона в Силиконовой долине — работает исключительно с компаниями частного сектора, чтобы адаптировать новые технологии для использования в военных целях. После шести десятилетий исследований в области материаловедения ядерное топливо стало относительно безопасным и используется в частном секторе. Климатический кризис также подтолкнул общественное мнение к принятию атомной энергии в качестве жизнеспособной замены ископаемому топливу. По словам Криса Хансена, исследователя термоядерного синтеза, возглавляющего лабораторию Вашингтонского университета, огромные достижения в компьютерном моделировании сделали коммерческое развитие ядерной энергетики более осуществимым.
|
|
|
Штат Вашингтон связан с ядерными исследованиями, восходящими к Хэнфордскому объекту времен Второй мировой войны, который производил большую часть плутония для США. Если оставить в стороне свою морально сложную историю, Хэнфорд, несомненно, способствовал развитию «культуры ядерных знаний» в штате. сказал Скотт Монтгомери, преподаватель Школы международных исследований Джексона Вашингтонского университета. Сегодня штат является центром коммерческих ядерных стартапов, особенно компаний, пытающихся создать маломасштабный ядерный синтез. В отличие от деления, при котором энергия вырабатывается за счет разрушения тяжелых радиоактивных металлов, таких как уран, синтез происходит, когда два меньших атомных ядра сталкиваются, образуя более крупное ядро другого элемента, высвобождая при этом энергию.
|
|
|
|
Соучредитель Avalanche Брайан Риордан любит представлять слияние как попытку склеить два магнитных шарика, покрытых липучками. «Застежка-липучка действует на очень коротком расстоянии, но если бы вы могли подобрать их достаточно близко, а застежка-липучка была прочной, они бы прилипали», — сказал Риордан. Трудно достичь слияния, потому что, как и магниты с липучкой, положительно заряженные ионы естественным образом отталкиваются друг от друга. Еще труднее упаковать его в маленькую тару. Показательный пример: более 35 стран потратили годы и миллиарды долларов на строительство реактора Iter Tokamak на юге Франции. Машина не включится до 2025 года и не станет коммерчески жизнеспособной как минимум до 2035 года. Тем временем стартапы из Сиэтла попадают в заголовки газет.
|
|
|
|
Самым большим инженерным препятствием для термоядерного синтеза является заставить машину производить больше энергии, чем она потребляет, но Zap Energy из Сиэтла на прошлой неделе заявила, что рассчитывает получить работающий прототип в течение года. В 2021 году Helion Energy из Эверетта объявила, что начнет строительство первого коммерческого ядерного термоядерного реактора в Эверетте с прогнозируемой датой завершения в 2028 году. Avalanche, основанная бывшими инженерами Blue Origin Риорданом и Робином Лэнгтри, вступила в гонку за термоядерный синтез в 2018 году и запатентовала новый термоядерный реактор размером с коробку для завтрака, получивший название «Орбитрон».
|
|
|
|
Устройство объединяет два существующих инструмента в вакуумной камере — «орбитальную ловушку», которая использует положительно заряженные ионы на небольшой орбите вокруг отрицательно заряженного катода, и «магнетрон», который генерирует поток электронов. Введение электронов в реактор нейтрализует положительный заряд и позволяет большему количеству ионов войти в пространство, а упаковка большего количества ионов в это небольшое пространство экспоненциально увеличивает шансы на синтез. Команда дорабатывает первый прототип и планирует перейти к более крупному устройству в августе. Основной инженерной задачей будет миниатюризация высоковольтного проводника, чтобы он помещался в желаемом корпусе, но при этом подавал достаточно энергии на катод, чтобы ионы вращались достаточно быстро, чтобы сливаться друг с другом.
|
|
|
|
В конце концов, готовый продукт должен производить от 5 до 15 киловатт, хотя пользователи могут сгруппировать несколько блоков вместе, чтобы производить гораздо большее количество энергии. Размер делает Orbitron удобным для космических путешествий, что выделяет Avalanche в процессе выбора контракта Пентагона, сказал Виид, руководитель проекта отдела оборонных инноваций. В то время как Avalanche пытается разблокировать мелкомасштабный термоядерный синтез, Ultra Safe разрабатывает новую улучшенную «ядерную батарею» под названием EmberCore. Эти устройства, по сути, представляют собой горячие радиоактивные камни, которые постоянно выделяют энергию при распаде.
|
|
|
|
«Вы можете использовать горячий камень как горячий камень, или вы можете обернуть вокруг него технологию преобразования энергии, чтобы превратить это тепло в электричество», — сказал Адам Шилффарт, директор по стратегии подразделения передовых технологий Ultra Safe. НАСА исторически использовало плутоний для радиоизотопных батарей, таких как те, которые питают марсоход Curiosity на Марсе и зонды дальнего космоса Voyager 1 и 2. Однако плутоний — дорогое, редкое и опасное вещество. Компания Ultra Safe исследовала различные изотопы, такие как кобальт-60 и тулий, которые можно масштабировать, чтобы производить в 10 раз больше энергии, чем в традиционных плутониевых системах, при этом делая их более безопасными и экономичными.
|
|
|
|
Первый продукт EmberCore Ultra Safe, выпущенный на рынок, имеет размер с яблоко. По словам Криса Моррисона, главного инженера проекта EmberCore, он работает как «грелка для рук» для посадочных модулей, чтобы они могли пережить 14-дневную лунную ночь. Окончательный прототип Пентагона будет размером с небольшой картотечный шкаф. Вид сказал, что EmberCore и Orbitron могут позволить космическим кораблям путешествовать дальше и исключить зависимость от солнечных батарей. Обладая такой большой мощностью, эти технологии могут также породить новое поколение космических аппаратов, которые могут легко перемещаться между уровнями орбиты Земли. Это могло бы открыть двери для всех видов коммерческих космических путешествий, туризма и торговли. «Эти новые двигательные установки позволят нам выполнять новые миссии, и это повлияет на то, как мы используем космическую энергию», — сказал Виид. «Это определенно изменит правила игры».
|
|
|
|
Источник
|
