Как человечество продолжает приближаться к созданию постоянной базы на Луне, перед нами стоит немало серьезных вызовов, один из которых — темная сторона Луны, где ночь длится около четырехнадцати земных дней, а температура опускается до пугающих -223°C. Для выживания в таких условиях необходим надежный источник энергии, который не зависит от солнечного света, и который не требует полагаться на такие ресурсы, как уголь или газ, которые на Луне недоступны. В этом контексте появляется необходимость в ядерной энергии, и новая работа, доступная в предпечати на arXiv под авторством Юлиуса Мерца и его соавторов из Технического университета Мюнхена, описывает инновационный ядерный реактор, который может не только обеспечивать энергией жизненно важные системы баз, но и облегчить извлечение ресурсов из лунного грунта.
Использование ресурсов на месте
«Жизнь за счет ресурсов Луны» или, как это называют любители космических исследований, использование местных ресурсов (ISRU), станет ключевым аспектом долговременных лунных баз. Затраты на транспортировку всех необходимых грузов с Земли колоссальны и достигают десятков тысяч долларов за килограмм. Однако часть строительных материалов уже доступна на Луне — они заключены в тонком пыли, известной как реголит.
Для извлечения кислорода и полезных промышленных материалов из реголита ученые обратились к процессу, известному как электролиз расплавленной соли. Этот процесс включает растворение лунной пыли в жидкой соли и пропускание электрического тока, что позволяет извлечь кислород, оставляя после себя металлические сплавы, которые пригодны для строительства. Однако такая процедура требует значительных затрат энергии, температура должна превышать 900°C.
Новые решения для старых проблем
В традиционных планах строительства лунных баз эти высокие температуры обычно обеспечиваются электрическими обогревателями, которые работают на энергии ядерных или солнечных батарей. Причина низкой эффективности таких систем кроется в том, что примерно 60% энергии теряется в виде теплоотдачи при преобразовании. Здесь на сцену выходит концепция реактора Microreactor Utilisation for Lunar Exploration (MULE), который, возможно, вдохновлен научной фантастикой, хотя у его создателей нет ясной информации о причинах выбора названия.
Ключевым аспектом MULE является его тепловая цепь. Вместо непосредственного преобразования тепловой энергии, возникающей от ядерного деления, MULE использует каскадную систему, в которой первая стадия предназначена для обеспечения MSE-реакции, необходимой для долгосрочного существования лунной базы. Ожидается, что температура исходящих потоков будет около 1000°C, что как раз подходит для данной реакции. МULE также будет включать систему хранения тепла, подобную батарее, которая позволит сгладить термические нагрузки.
Следующий шаг в этой каскаде — это выработка электрической энергии при температуре около 750°C. Для этого применяется закрытый цикл Брайтона, который использует расширяющийся газ для привода турбины, генерируя электричество. Остаточное тепло, которое остается после процесса, сбрасывается в теплообменники при температуре 75°C, следовательно, не создается перегрев для обитателей.
Технология, способная выдержать время
В структуре самого реактора MULE используются не стандартные топливные стержни, а керамическое ядро на основе карбида кремния, состоящее из 37 шестиугольных топливных сборок, загруженных TRISO-частицами. Эти пеллеты размером с маковые семена содержат уран-карбид, окруженный защитными слоями из углерода и керамики, что делает топливо практически не подверженным плавлению. Важно отметить, что обогащение урана достигает 93% U-235, что выше обычных 2-3%, используемых в земных реакторах.
Для проверки работоспособности системы ученые использовали симуляции с программным обеспечением Serpent 2. Их цели достигли, модели предсказали десяти летний срок эксплуатации с использованием имеющегося топлива. Однако фактические результаты оказались еще более впечатляющими — система может функционировать до 95 лет без дозаправки.
Очевидно, что процесс разработки таких систем не лишен сложностей. Проблемы с материалами ядра, управление горячим гелием и радиационная защита требуют серьезного внимания. Тем не менее, появление концепции ядерного реактора для будущих лунных колоний открывает новые горизонты для освоения Луны, даже если реализация таких проектов потребует времени.
Мнение SpaceDiscover
Разработка МULE является важным шагом на пути к созданию устойчивых лунных баз. Оно подчеркивает необходимость внедрения эффективных технологий, которые способны обеспечить долгосрочную эксплуатацию. Несмотря на все вызовы, ясна одна вещь — ядерная энергия, как и прежде, будет играть ключевую роль в исследованиях и освоении космоса. Эта концепция может стать основой для будущей лунной инфраструктуры, обеспечивая все условия для будущих миссий человека на Луне.
Не забудьте подписаться на наши каналы Дзен, Telegram и ВК.
Мы всегда рады видеть вас среди наших читателей и подписчиков SpaceDiscover!
