NASA испытает космические ядерные реакторы с двигателями Стирлинга

NASA Glenn Research Center

NASA профинансировало проект Kilopower, в рамках которого инженеры агенства разрабатывают компактные ядерные реакторы, преобразующие тепловую энергию в электричество с помощью двигателей Стирлинга, и поддерживающие мощность от одного до десяти киловатт на протяжении десяти лет. Испытания опытных реакторов будут проходить с ноября 2017 года до начала 2018 года, сообщается в пресс-релизе NASA.

Большинство космических аппаратов на орбите Земли используют для получения электроэнергии солнечные панели, но для дальних миссий, особенно за пределы внутренней области солнечной системы такой источник энергии не подходит из-за малой эффективности. Хотя, некоторые такие миссии все же используют солнечные панели — например, «Юнона», вышедшая на орбиту Юпитера в 2016 году. Правда, для достаточной мощности зонд использует панели общей площадью 60 квадратных метров.

Наиболее часто для исследования далеких от Солнца объектов, а также постоянного стабильного получения энергии используются радиоизотопные источники, как правило, РИТЭГи. Они используют термоэлектрические, термоэмиссионные или другие генераторы для преобразования тепловой энергии распада радиоактивного материала в электрическую энергию для питания систем зонда. Обычно такие генераторы работают на дорогом для получения изотопе плутония 238Pu, а их мощность составляет сотни ватт.

В качестве альтернативы РИТЭГам в США и СССР разрабатывались и использовались несколько поколений ядерных реакторов, работающих на обогащенном уране. Главным преимуществом таких источников является гораздо более высокая мощность — в реакторах «Топаз» и «Енисей» она достигала нескольких киловатт.

Специалисты из NASA получили многолетнее финансирование на другой проект создания ядерных реакторов для космических аппаратов — Kilopower. Главным его отличием от аналогичных проектов является способ превращения тепловой энергии распада в электричество. Инженеры агентства предлагают использовать для этого не термоэлектрические или термоэмиссионные генераторы, а двигатели Стирлинга, в которых расширение рабочего тела от нагревания двигает поршень, который в свою очередь приводит в движение вал, соединенный с электрогенератором.


В целом разрабатываемый реактор устроен следующим образом. Активная зона реактора представляет собой цилиндр из обогащенного урана, диаметр которого в 10-киловаттном реакторе составляет около 15 сантиметров. Его окружает отражатель нейтронов из оксида бериллия. Для запуска реактора из активной зоны уже после запуска космического аппарата извлекается стержень из карбида бора. Создаваемое реактором тепло передается с помощью тепловых трубок с жидким натрием в качестве теплоносителя на двигатель Стирлинга.

Планируется, что будет разработано несколько вариантов реактора с электрической мощностью от одного до десяти киловатт, которую они смогут поддерживать на протяжении десяти лет. Проект получил многолетнее финансирование NASA, и в течение ближайших месяцев будет проводиться первый этап тестирования прототипа реактора.

Недавно комиссия по ядерной безопасности Канады одобрила проект реактора четвертого поколения, работающего на расплаве солей и имеющего модульную конструкцию для более легкого и быстрого обслуживания.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.