米国航空宇宙局 (NASA) は最近、深宇宙でのミッションを目的とした新しい小型原子力発電システムの初期試験を完了したと発表しました。この装置はキロパワーと呼ばれ、いつか月や火星に設置された基地に電力を供給するかもしれません.
キロパワー プロジェクトの費用は約 2,000 万ドルで、ウランを使用してエネルギーを生成します。ウランは、宇宙船から水ろ過装置まで、さまざまなデバイスに電力を供給するために使用できる熱エネルギーを生成します。キロパワー テストの結果は、オハイオ州の NASA グレン研究センターで開催された会議で明らかになりました。このプロジェクトに取り組んだ研究者は、Kilopower のプロトタイプ (KRUSTY – スターリング技術を使用した Kilopower Reactor と呼ばれる) は、期待をすべて上回ったと述べています。
キロパワー プロトタイプの性能
キロパワーは核分裂を利用して熱を発生させ、その熱で電気を発生させます。適切な条件下では、化石燃料を使用したり太陽光発電に頼ったりすることなく、デバイスは何世紀にもわたって一定のエネルギーを生み出すことができます。原子炉の炉心は濃縮ウランを利用しており、酸化ベリリウムの反射板で囲まれています。ウランをエネルギーに変換する核分裂反応は、炭化ホウ素のロッドで開始されます。反応によって生成される熱は、スターリング コンバーターと呼ばれる発電機に運ばれます。余分な熱は、デバイスの上にある大きなラジエーターから排出されます。このデバイスは非常にコンパクトで、高さはわずか 2 メートル (6.5 フィート) です。
NASA のグレン研究センターのディレクターであるジャネット カバンディは、オハイオ州の記者会見で、宇宙飛行士がその場所に滞在して探索するために必要なすべてのリソースについて考えることが重要であると述べました。キロパワー システムは、宇宙飛行士が大量の物資を持ち込めず、地球から遠く離れた場所でエネルギーを生成しなければならない宇宙への遠征にとって、非常に重要になる可能性があります。
Kavandi 氏は次のように述べています:
キロパワーは、宇宙飛行士が独自の資源を生成し、酸素、水、ロケット燃料を生成できるツールや機器に電力を供給するのに役立ちます。
キロパワーのプロトタイプの最初のテストは有望でした。 3 月 21 日に行われたテストでは、約 800°C (1,470°F) の温度まで、プロトタイプを 28 時間実行しました。このデバイスは 1 ～ 4 キロワットの電力しか出力せず、エネルギー変換効率は 35% ですが、研究チームは、既存のシステムと組み合わせると、そのエネルギー出力を約 10 キロワットの電力まで簡単にスケールアップできると述べています。参考までに、100 ワットの電球は 1 時間あたり 0.1 キロワット時のエネルギーを消費するため、10 時間で 1 kwh を消費します。
火星または月へのミッションで宇宙飛行士に同行するように設計された将来のプロトタイプは、約 40 キロワットの電力を生成できます。 NASA が発行したプレス リリースによると、火星の前哨基地に十分な電力を供給するには、10 キロワットのキロパワー ユニットが 4 つ必要です。
安全およびエネルギー制御システム
Kilopower プロジェクトのリード エンジニアである Marc Gibson 氏によると、Kilopower 原子炉は、原子炉の作成と宇宙探査技術全体の主要なマイルストーンです。ギブソン氏は、宇宙探査用の核分裂炉に関する研究は、1970 年代から 2000 年代初頭にかけて、長いプロジェクト期間と高い投資コストによって妨げられ、多くのプロジェクトが中止されたと説明しました.
「これは、米国で 40 年ぶりの新しい核分裂炉コンセプトの原子力発電運転です」と Gibson 氏は述べています。
Voyagers や Curiosity などの宇宙船に動力を供給するために使用された放射性同位体熱電発電機 (RTG) とは異なり、核分裂炉の出力は変更できるため、エネルギー需要に応じてスケーリングできます。たとえば、ロケットの打ち上げと目的地への移動中は休止状態のままで、ロケットが目的地に到達するとオンになります。自己制御機能は、原子炉の安全性を高めるだけでなく、宇宙飛行士がそこに座って装置を常に監視する必要がないことも意味します。これにより、彼らは他のことをするために解放されます。
このシステムは、サーモスタットと同様に機能する内部温度制御システムにより、それ自体を調整できます。装置内の原子炉が過熱し始めると、スターリング エンジンはウラン コアからより多くのエネルギーを引き出し始め、システムを冷却します。システムが冷たくなりすぎると、コアが収縮してより多くの中性子を閉じ込め、核分裂率を高めます。
NASAの技術者は、国連によって確立されたプロトコルを含むすべての安全プロトコルに従って、原子炉が公衆にほとんどまたはまったく危険を及ぼさないことを保証するために全力を尽くしたと述べています.技術者たちは、打ち上げ時に事故が起こったとしても、原子炉が偶然に作動する可能性はほとんどないと言っています。ロケットが地球から遠く離れてしまうまで、原子炉の電源は入りません。
キロパワーのチームは、月や火星の原子炉サイトの安全性にも配慮しています。 NASA のエンジニアは、使用済みの原子炉燃料を安全に保管することを目的としたコンテナを作成します。燃料を地球に戻すことは現実的ではないからです。原子炉には、惑星を汚染する可能性のある放射性冷却材はありません。NASA は現在、原子炉が動作中に放出する可能性のある放射線から宇宙飛行士を保護する方法について研究しています。これらの方法には、保護装置を原子炉自体に組み込むことや、原子炉の一部を惑星/月の表面に埋め込むことが含まれます。
キロパワーのプロトタイプは、最終的に宇宙飛行で使用されるユニットとはいくつかの点で異なりますが、プロトタイプは飛行可能なユニットを念頭に置いて設計されているため、2 つのユニット間の移行はそれほど難しくありません。 NASA は次に飛行試験に移行する予定ですが、現時点ではそれらの試験の決定的な日付はありません。キロパワー発電機は地上ミッションで使用できますが、イオン推進システムにエネルギーを供給したり、提案されている月軌道プラットフォーム-ゲートウェイ プロジェクトで使用したりすることもできます。
