18 мая 2022

Американский регулятор провёл слушания по проектам космических ядерных технологий

AtomInfo.ru

12 мая 2022 года в комиссии по ядерному регулированию (NRC) США прошли открытые слушания по вопросам регулирования перспективных реакторов, причём затрагивалась также тематика военных и космических реакторов.

В частности, Энтони Каломино из аэрокосмического агентства NASA выступил с презентацией о работах в области космических реакторов. Так как это были открытые слущания, то презентация носила во многом общий характер. Докладчик перечислил основные преимущества, которые даёт развитие ядерных технологий для космических исследований.

На его взгляд, это позволит обеспечить США лидерство в космосе, укрепит национальную безопасность, конкурентоспособность и экономику страны, а также будет способствовать развитию зелёных энерготехнологий.

Агентство NASA заинтересовано в ядерных технологиях как в качестве напланетных АЭС, так и в качестве двигательных установок для космических кораблей - тепловые ядерные двигатели (nuclear thermal propulsion, NTP) и электроракетные ядерные двигатели (nuclear electric propulsion, NEP).

Приоритетным направлением на сегодняшний день является разработка напланетной АЭС для лунных экспедиций. Совместно с министерством энергетики агентство работает над вариантом такой станции, использующей в качестве топлива низкообогащённый уран.

Ядерные энергетические системы позволят надёжно исследовать Луну, а впоследствии и Марс, считает докладчик. Он напомнил, что лунная ночь длится 14,5 земных суток и есть постоянно затенённые регионы, перспективные для освоения в силу возможного наличия льда. У Марса имеется другая особенность - пылевые бури, способные длиться неделями или месяцами. Всё это ограничивает возможности солнечной энергетики, зато не мешает атомной энергетике.

Реакторы выигрывают у солнечных батарей и по соображениям массы. Недавние анализы показывают, что энергетическая система на поверхности Марса, основанная на делении, потребует отправки с Земли в два-три раза меньшей массы и будет значительно более надёжной, чем сопоставимая солнечная энергетическая система в классе от 10 до 40 кВт(э).

Докладчик привёл основные требования, которые NASA выдвигает к напланетным АЭС. Такие станции должны иметь электрическую мощность не менее 40 кВт(э) с перспективой разработки на их основе проектов с большей мощностью.

Они должны быть мобильными, то есть пригодными для транспортировки с помощью роверов. По массе вся напланетная АЭС не должна превышать 6 тонн. Станция должна проработать на номинальной мощности не менее 10 лет. При единичном отказе станция должна оставаться работоспособной на уровне мощности не менее 5 кВт(э).

В задачу напланетной АЭС входит энергоснабжение работ на поверхности небесного тела, исследовательской деятельности, а также модулей жизнеобеспечения.

По окончанию срока службы напланетная АЭС остаётся на Луне или Марсе. Каких-либо специальных требований по её выводу из эксплуатации не предъявляется.

Докладчик выразил уверенность, что удовлетворять всем перечисленным требованиям станет система, построенная на основе теплового реактора с топливом из урана повышенного обогащения HALEU. В качестве возможного замедлителя докладчик упомянул гидриды.

Тепловые ядерные двигатели (NTP) могут обеспечить удельную тягу порядка 900 секунд. У электроракетных ядерных двигателей (NEP) в перспективе данный показатель ещё больший, свыше 2000 секунд, причём при меньших массах.

Поэтому интерес NASA к NTP и NEP объясним, однако сейчас необходимо достичь зрелости для обеих технологий.

Далее докладчик привёл соображения о том, как должны выглядеть планы по достижению технологической зрелости обоих видов ядерных двигателей.

Для NTP необходимо иметь следующее:

  • реактор на сотни мегаватт, работающий на уране HALEU;
  • топливо и конструкционные материалы, выдерживающие экстремально высокие температуры;
  • отработанные технологии проектирования и изготовления реакторной установки;
  • спроектированный и построенный двигатель уменьшенных размеров для испытаний;
  • систему хранения криогенной жидкости и обращения с водородным топливом.

Для NEP необходимо иметь следующее:

  • реактор на мегаватты, работающий на уране HALEU;
  • высокоэффективную систему преобразования энергии по циклу Брайтона;
  • электродвигатель большой мощности более 100 кВт(э);
  • мощную высоковольтную систему распределения электроэнергии;
  • систему хранения криогенной жидкости и обращения с жидкокислородным (LOx) или метановым топливом.

Докладчик добавил, что в настоящее время NASA разрабатывает план достижения технологической зрелости для двигателей NEP.

Докладчик назвал три группы компаний, активно ведущих разработки проектов реакторов для космического применения.

  • USNC в партнёрстве с "Blue Origin", "General Electric" и "Framatome" разрабатывают реактор блочного типа с замедлителем бериллий и топливом типа "CerCer" (керамика+керамика). Докладчик не уточнил состав топлива, но это может быть смесь карбидов.
  • BWXT в партнёрстве с "Lockheed Martin" и "Aerojet Rocketdyne" разрабатывают реактор блочного типа с замедлителем металлгидрид и топливом типа "CerCer".
  • "General Atomics" в партнёрстве с "X-Energy" и "Aerojet Rocketdyne" предлагают рассмотреть вариант реактора с карбидным топливом, являющийся развитием наработок проекта "Project Rover" (США, 1955-1973).

Также докладчик привёл предварительный вариант дорожной карты развития космических реакторов в США (без указания дат).