Reaktor jądrowy na Księżycu to klucz do podboju kosmosu. NASA chce, by człowiek wrócił tam do 2025 roku, a do 2031 ma nastąpić uruchomienie elektrowni jądrowej na jego powierzchni. To działania w ramach programu ‘Artemis’, który zakłada samodzielną obecność człowieka na Księżycu, a w dalszej perspektywie ma umożliwić wysłanie człowieka na Marsa. Szacowany koszt inwestycji to 93 miliardy dolarów.

Astronauci i naukowcy na mieliby badać przede wszystkim to, jak organizm człowieka zachowa się w kosmosie i jak poradzi sobie z ekstremalnymi warunkami, aby lepiej zorientować się w zagrożeniach związanych z wysłaniem człowieka na Marsa.

Będą także prowadzić badania nad tym, jak wytwarzać różne niezbędne materiały i substancje z tego, co jest dostępne na miejscu. W tym przypadku głównym celem byłoby otrzymanie paliwa z lodu pochodzącego z pokrywy księżycowej.

Energetyka jądrowa to, póki co, najlepsze źródło energii, które można wysłać w kosmos. Największe zalety atomu, które stanowią o jego przewadze nad innymi sposobami zasilania, to mała objętość paliwa oraz duża niezależność od warunków atmosferycznych. Przy założeniu, że wyniesienie kilograma ładunku na orbitę kosztuje mniej więcej tyle co kilogram złota, transport paliw w kosmos byłby skrajnie irracjonalny. Natomiast elektrownie solarne prędko mogłyby stać się nieefektywne, ponieważ ich wydajność spada, kiedy ogniwa pokrywają się pyłem. Czyszczenie ich z pyłu zużywa setki, jeśli nie tysiące litrów wody, która w kosmosie jest (i zapewne zawsze będzie) dobrem luksusowym.

Plany zakładają, że przez następną dekadę na Księżycu reaktor będzie bez przerwy generował 40 kilowatów. To ilość energii, która powinna zaspokoić zapotrzebowanie kilkudziesięciu gospodarstw domowych. Zostanie ona wykorzystana do zasilania skomplikowanej infrastruktury badawczej i systemów utrzymujących astronautów przy życiu.

Jak wygląda reaktor, z którego skorzysta NASA? Problem właśnie w tym, że nie wiadomo.

Agencja stoi przed wieloma wyzwaniami spowodowanymi ograniczeniami środowiskowymi i technologicznymi. Do 9 lutego 2022 roku trwa składanie projektów i pomysłów, które odpowiedzą na potrzeby badaczy. Problemów jest wiele, ale chodzi głównie o rozmiary ładunku, prostotę jego eksploatacji oraz wytrzymałość na ekstremalne warunki.

Transport czegokolwiek na Księżyc jest skrajnie utrudniony ze względu na ograniczoną pojemność i udźwig pozaziemskich transporterów. Dlatego maksymalna waga reaktora ma wynosić około 6 ton. Powinien się także zmieścić do magazynu transportowego w kształcie cylindra o wymiarach 6 na 4 metry.

Na powierzchni Księżyca panują jednak skrajnie nieprzyjazne warunki. Dobowe wahania temperatur osiągają ponad 300 stopni Celsjusza – od około -180 do 130 stopni.

Wiele tworzyw używanych przy budowie infrastruktury na Ziemi w takich warunkach kurczyłoby się i rozciągało jak harmonijka. Najważniejsze jest więc to, że reaktor miałby być złożony i przygotowany do działania już na Ziemi, bo poskładanie poszczególnych części w działający system byłoby na Księżycu praktycznie niewykonalne. Wprawdzie astronauci wyposażeni w różne narzędzia potrafią dokonać podstawowych napraw, ale złożenie reaktora jądrowego byłoby czymś nieporównywalnie trudniejszym.

Rozwiązaniem tego problemu mogłaby być nowa technologia produkcji modułowych reaktorów jądrowych, czyli Small Modular Reactor – SMR. Jest ona znacznie bardziej wytrzymała od klasycznych reaktorów, a do tego bardziej kompaktowa oraz tańsza. I choć SMR-y nadal znajdują się w fazie testów, to możemy przypuszczać, że to właśnie je wyślemy w kosmos.

Tekst: MS
Zdjęcie główne: NASA