Abbiamo bisogno di motori nucleari più potenti per esplorare lo spazio più lontano e più velocemente

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L'anno scorso, Viaggiatore 2 finalmente ha fatto irruzione nello spazio interstellare dopo aver viaggiato più di 11,2 miliardi miglia. Questa missione epica è stata resa possibile dall'energia nucleare, la tecnologia che ha alimentato i veicoli spaziali per decenni.

I veicoli spaziali come la coppia Voyager sono alimentati con generatori termoelettrici a radioisotopi, o RTG. Questi motori si basano sul fatto che le sostanze radioattive rilasciano calore mentre si rompono. Convertendo il calore generato dal decadimento del plutonio-238 (P-238) in elettricità, i veicoli spaziali continuano a funzionare molto tempo dopo che i raggi del sole sono un barlume distante.

Ma anche gli RTG ci stanno vincolando. Se vogliamo inviare veicoli spaziali, o umani, più lontano, più velocemente e più spesso, non possiamo continuare a fare affidamento sulle stesse tecnologie nucleari vecchie di decenni. Come possiamo espandere la nostra portata?

Cosa sta succedendo in questo momento

La nostra scorta di plutonio-238 si sta esaurendo. Il lotto originale è stato prodotto negli Stati Uniti come sottoprodotto della creazione di plutonio-239 per armi durante la Guerra Fredda. Per continuare a esplorare, la NASA ha bisogno di molto di più.

Oak Ridge National Lab ha assunto l'incarico di produrlo nel 2012. È stato un processo manuale lento per produrre anche pochi grammi. Ma il mese scorso, i ricercatori di Oak Ridge annunciato avevano finalmente sviluppato un modo per automatizzare e aumentare la produzione di pellet di nettunio e alluminio necessari per produrre P-238. I pellet vengono trasformati in prezioso P-238 pressandoli e racchiudendoli in tubi di alluminio e irraggiandoli in un reattore.

La creazione di questi pellet è stato il più grande collo di bottiglia nel processo e portare gli esseri umani fuori dall'equazione ha richiesto molti esperimenti. In un sacco di lavoro nucleare, è cucinare e guardare, dice il responsabile del programma Bob Wham. Lo progetti, mettendo molti fattori di sicurezza sul design; tiralo fuori; e vedi se si comporta come ti aspettavi. Dopo anni di lavoro automatizzando la misurazione e la realizzazione, è successo.

Il laboratorio ora produce 50 grammi di P-238 all'anno, ma prevede di arrivare presto a 400 grammi all'anno. Prevede che sarà in grado di raggiungere l'obiettivo annuale della NASA di 1,5 kg entro due anni. Più P-238 abbiamo, più missioni possiamo inviare nello spazio profondo.

Piccoli passi

La NASA ha anche studiato la realizzazione di RTG più efficienti chiamati eMMRTG o RTG multi-missione potenziati. Ma per fare davvero un passo avanti più grande, dobbiamo guardare a qualcosa di nuovo. Alla fine avremo bisogno di sistemi di potenza superiore. Solo la fissione può fornirlo in qualsiasi tipo di scenario a breve termine, afferma David Poston, ricercatore del Los Alamos National Laboratory.

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accedere Kilopower .

Poston è il capo progettista del reattore per Kilopower, un prototipo di reattore a fissione che la NASA testato con successo l'anno scorso. Potrebbe fornire potere nel corso di lunghe missioni, forse anche per avamposti planetari umani. Il modo in cui l'abbiamo evoluto per renderlo fattibile è stato semplificare le cose, afferma Poston. Abbiamo avuto molti programmi di reattori spaziali negli ultimi 30 anni, ma tutti hanno fallito. Soprattutto perché sono diventati troppo costosi. Kilopower ha attualmente una potenza di 4 kilowatt, ma i ricercatori sperano di raggiungere i 10 kW.

Salti da gigante

Ci sono state alcune idee nucleari pie-in-the-sky per un po ', tra cui bombe atomiche detonanti sul retro di veicoli spaziali in quello che viene chiamato propulsione nucleare a impulsi (potresti essere in grado di individuare alcuni problemi pratici con quello). Ma alcune persone stanno ancora lavorando per trasformare in realtà alcune idee altrettanto folli.

Uno di questi team è alla Princeton Satellite Systems, che sta cercando di generare megawatt di energia usando la fusione. Sì, siamo passati da watt a kilowatt a megawatt. Probabilmente hai familiarità con la fusione: accade nel cielo ogni giorno grazie al nostro sole. La fusione produce molte volte la quantità di energia creata dalla fissione, ma è difficile da controllare.

Princeton Satellite Systems sta sviluppando un trasmissione diretta di fusione ,che utilizza i campi magnetici per generare corrente nel plasma e riscaldarlo fino a 1 miliardo di °C. Il team afferma che la spinta che la macchina delle dimensioni di un minivan produrrebbe (teoricamente) ridurrebbe i tempi di viaggio tra i sistemi solari di oltre la metà (i viaggi a Plutone richiederebbero circa quattro anni anziché nove), con energia in più.

Oak Ridge National Laboratory, Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti

Se hai il potere quando arrivi lì, puoi fare molti esperimenti davvero interessanti, afferma il fisico dell'azienda Charles Swanson. Una delle cose più belle Cassini ha fatto le immagini radar della luna di Saturno, Titano. Ma il radar è assetato di potere ed era limitato. Avere un megawatt di potenza libera opzioni.

La società ha ricevuto un carico di fondi dalla NASA e dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, quindi sembra che qualcuno creda che questo colpo di luna potrebbe funzionare. Ma siamo sinceri: non accadrà presto, e nemmeno durante la nostra vita. La fusione è ancora nelle prime fasi della ricerca qui sulla Terra.

Anche così, è comunque divertente immaginare cosa potrebbe rendere possibile. Esso Potevo essere il salto di cui abbiamo bisogno per accelerare i nostri viaggi verso i pianeti esterni e oltre.

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