Исследователи из NASA и американского Министерства энергетики недавно протестировали ключевые технологии, необходимые для разработки ядерного реактора, который смог бы поставлять энергию для аванпоста человеческой цивилизации на Луне или Марсе. Тесты подтвердили, что достичь "безопасности, надежности и эффективности" можно к 2020 году, когда американское аэрокосмическое агентство планирует возвращение человека на Луну.

В ядерном реакторе происходит деление атомов и высвобождение энергии в форме тепла, конвертируемого затем посредством паровых турбин в электричество. Идея использования ядерной энергии в космосе датируется ранними 1950-ми, когда она была обоснована для проекта Орион. В 1960-х годах серия компактных экспериментальных ядерных реакторов была разработана NASA в рамках программы под названием "Системы вспомогательных ядреных источников питания" (Systems Nuclear Auxiliary Power), но вопросы общественной безопасности и соглашения о нераспространении ядерных сил в космосе послужили стоп-краном для перспективных планов. Теперь же ядерную энергию приспосабливают для лунных и марсианских миссий, потому как в отличие от альтернативных источников вроде солнечной энергии она сможет обеспечить постоянную поддержку систем жизнеобеспечения, перезарядку транспортных средств, исследование подземных ресурсов. Системам солнечной энергетики также потребуются устройства хранения – аккумуляторы, являющиеся дорогостоящим грузом. Кроме того, Солнце не освещает всю поверхность Луны круглосуточно, а многочисленные кратеры могут создавать нежелательную тень. Марс же находится от светила значительно дальше Земли и ее спутника, что говорит о меньшем количестве солнечного света.

Новая система производства ядерной энергии является частью стартовавшего в 2006 году проекта "Деление ядер на поверхности" (Fission Surface Power), в рамках которого разрабатываются небольшие реакторы для применения на других планетах. И хотя ядерная энергия вызывает опасения, ученые заверяют, что реакторы будут безопасны и размещаться на достаточном расстоянии от астронавтов, чтобы защитить их от любой радиации. Реакторы соединят с двигателем Стирлинга, способным генерировать до 40 кВт – достаточное количество энергии для лунных или марсианских баз. "Мы не собираемся строить сооружения, генерирующие сотни ГВт подобно АЭС, обеспечивающим электричеством города, - говорит управляющий проектом в Исследовательском центре Гленна (Glenn Research Center) Дон Пэлек (Don Palac). - Система должна быть недорогой, безопасной и надежной, и наши испытания подтверждают возможность создания таковых".

Чтобы производить электроэнергию, ученые использовали жидкий металл в виде натриево-калиевой смеси для передачи тепла от реактора к двигателю Стирлинга, использующему давление газа в процессе преобразования тепловой энергии. В ходе его тестов применялся неядерный источник тепла. Как считают разработчики, двигатели такого типа очень надежны и эффективны, а срок эксплуатации до момента обслуживания может составить 8 лет. На текущей фазе работ удалось получить 2,3 кВт при устойчивой генерации. Для обеспечения нормального функционирования реактора также потребуется легкая радиаторная панель, охлаждающая систему и рассеивающая неиспользуемое тепло. Приблизительные габариты созданного прототипа панели – 1,8 х 2,7 м – составляют одну двадцатую от необходимых. Теплоносителем служит вода. Радиатор уже прошел проверку в вакуумной камере в приближенных к лунным условиях отсутствия атмосферы и экстремальных температур, превышавших 100 °С и опускавшихся ниже -100 °С. Количество рассеиваемого тепла составило 6 кВт – больше, чем ожидалось.

Наконец, исследователи испытали генератор Стирлинга в обстановке повышенной радиации в Национальной лаборатории Sandia (управляемой Sandia Corporation) в Альбукерке, Нью-Мексико. Целью являлась проверка производительности двигателя и стойкости материалов к разрушению. Уровень радиационного фона превышал в 20 раз расчетный для условий эксплуатации показатель; никаких проблем с агрегатом не возникло. Тесты очень важны с точки зрения доказательства жизнеспособности всей системы, поэтому следующим шагом станет проведение полноценной демонстрации путем объединения неядерного симулятора реактора, двигателя Стирлинга и радиаторной панели. Завершен этот этап должен быть к 2014 году. Остаются также не менее важные области приложения конструкторских усилий – передача энергии и управляющая электроника. "Лунная база потребует значительного количества электроэнергии для компьютеров, систем жизнеобеспечения, нагрева лунных камней с целью добычи кислорода и водорода", - рассказывает возглавляющий группу технических специалистов в лаборатории Sandia Росс Рэйдел (Ross Radel). Его усилия сосредоточены на системах динамического анализа и компьютерной модели, предсказывающей поведение реактора в ходе тестов. Ученый уверен, что "ядерная энергия – это краеугольный камень продвижения исследований космоса человеком".

"Это потрясающий проект и единственный путь предоставить достаточное количество энергии для путешествия человека на Марс", - не скрывает оптимизма Дэниел Холленбак (Daniel Hollenbach), исследователь в подразделении ядерных наук и технологий Национальной лаборатории Оак-Ридж (Oak Ridge National Laboratory). На сегодняшний день его слова воспринимаются как вполне очевидный вывод: пока более продвинутые и основанные на новаторских концепциях проекты получения энергии "мобильными" системами не выбрались за идейные рамки, остается развивать достижения в области ядерной энергетики, чтобы уже к 2020 году развернуть первые лунные базы с надежным источником питания.