Guardando al futuro dell'esplorazione spaziale con equipaggio, è chiaro alla NASA e ad altre agenzie spaziali che devono essere soddisfatti determinati requisiti tecnologici. Non sono necessari solo una nuova generazione di veicoli di lancio e capsule spaziali (come il SLS e Orion veicoli spaziali), ma sono necessarie nuove forme di produzione di energia per garantire che possano avere luogo missioni di lunga durata sulla Luna, su Marte e in altre località del Sistema Solare.
Una possibilità che affronta queste preoccupazioni è Kilopower, un leggero sistema di fissione che potrebbe alimentare missioni robotiche, basi e missioni esplorative. In collaborazione con la National Nuclear Security Administration (NNSA) del Dipartimento dell'Energia, la NASA ha recentemente condotto una dimostrazione di successo di un nuovo sistema di alimentazione del reattore nucleare che potrebbe consentire missioni con equipaggio di lunga durata sulla Luna, su Marte e oltre.
Conosciuta come l'esperimento Kilopower Reactor Using Stirling Technology (KRUSTY), la tecnologia è stata svelata in una recente conferenza stampa mercoledì 2 maggio presso il Glenn Research Center della NASA. Secondo la NASA, questo sistema di alimentazione è in grado di generare fino a 10 chilowatt di energia elettrica - abbastanza energia per diverse famiglie ininterrottamente per dieci anni o un avamposto sulla Luna o su Marte.
Come ha spiegato Jim Reuter, amministratore associato della NASA per la Space Mission Mission Directorate (STMD), in un recente comunicato stampa della NASA:
“Un'energia sicura, efficiente e abbondante sarà la chiave per la futura esplorazione robotica e umana. Mi aspetto che il progetto Kilopower sia una parte essenziale delle architetture di potenza lunare e di Marte mentre si evolvono. "
Il prototipo di sistema di alimentazione impiega un piccolo nucleo solido di reattore uranio-235 e tubi di calore passivi di sodio per trasferire il calore del reattore a motori Stirling ad alta efficienza, che convertono il calore in elettricità. Questo sistema di alimentazione si adatta idealmente a luoghi come la Luna, dove la generazione di energia mediante array solari è difficile perché le notti lunari equivalgono a 14 giorni sulla Terra.
Inoltre, molti piani per l'esplorazione lunare prevedono la costruzione di avamposti nelle regioni polari in ombra permanente o in tubi di lava sotterranei stabili. Su Marte, il sole è più abbondante, ma soggetto al ciclo diurno e al clima del pianeta (come tempeste di polvere). Questa tecnologia potrebbe quindi garantire una fornitura costante di energia che non dipende da fonti intermittenti come la luce solare. Come ha affermato Marc Gibson, l'ingegnere Kilopower leader di Glenn:
“Kilopower ci dà la possibilità di compiere missioni di potenza molto più elevate ed esplorare i crateri oscurati della Luna. Quando inizieremo a inviare astronauti per lunghi soggiorni sulla Luna e su altri pianeti, ciò richiederà una nuova classe di potere che non abbiamo mai avuto bisogno prima. "
L'esperimento Kilopower è stato condotto presso il Nevada National Security Site (NNSS) della NNSA tra novembre e marzo del 2017. Oltre a dimostrare che il sistema poteva produrre elettricità attraverso la fissione, lo scopo dell'esperimento era anche quello di dimostrare che è stabile e sicuro in qualsiasi ambiente. Per questo motivo, il team Kilopower conduce l'esperimento in quattro fasi.
Le prime due fasi, che sono state condotte senza alimentazione, hanno confermato che ciascun componente del sistema funzionava correttamente. Per la terza fase, il team ha aumentato la potenza per riscaldare lentamente il nucleo prima di passare alla fase quattro, che consisteva in una corsa di prova a piena potenza di 28 ore. Questa fase ha simulato tutte le fasi di una missione, che includeva l'avvio del reattore, il raggiungimento della massima potenza, il funzionamento regolare e l'arresto.
Durante l'esperimento, il team ha simulato vari guasti del sistema per garantire che il sistema continuasse a funzionare, tra cui riduzioni di potenza, motori guasti e tubo di calore guasto. Per tutto il tempo, il generatore KRUSTY ha continuato a fornire elettricità, dimostrando che può sopportare qualunque esplorazione spaziale. Come ha indicato Gibson:
“Mettiamo il sistema alla prova. Comprendiamo molto bene il reattore e questo test ha dimostrato che il sistema funziona nel modo in cui l'abbiamo progettato per funzionare. Indipendentemente dall'ambiente in cui lo esponiamo, il reattore funziona molto bene. "
Guardando al futuro, il progetto Kilopower rimarrà parte del programma GCD (Game Changing Development) della NASA. Come parte della direzione della missione spaziale (STMD) della NASA, l'obiettivo di questo programma è di far avanzare le tecnologie spaziali che potrebbero portare a approcci completamente nuovi per le future missioni spaziali dell'Agenzia. Alla fine, il team spera di effettuare il passaggio al programma Technology Demonstration Mission (TDM) entro il 2020.
Se tutto va bene, il reattore KRUSTY potrebbe consentire avamposti umani permanenti sulla Luna e su Marte. Potrebbe anche offrire supporto alle missioni che si basano sull'utilizzo delle risorse in situ (ISRU) per produrre combustibile di idrazina da fonti locali di ghiaccio d'acqua e materiali da costruzione da regolite locale.
Fondamentalmente, quando le missioni robotiche sono montate sulla Luna per stampare le basi 3D dalla regolite locale e gli astronauti iniziano a fare viaggi regolari sulla Luna per condurre ricerche ed esperimenti (come fanno oggi alla Stazione Spaziale Internazionale), potrebbero essere i reattori KRUSTY che forniscono loro tutte le loro esigenze di potere. In pochi decenni, lo stesso potrebbe essere vero per Marte e persino per le posizioni nel Sistema Solare esterno.
Questo sistema di reattori potrebbe anche spianare la strada a missili che si basano sulla propulsione nucleare-termica o nucleare-elettrica, consentendo missioni oltre la Terra che sono sia più veloci che più economiche!
E assicurati di goderti questo video del programma GCD, per gentile concessione della NASA 360:
