NASA випробує космічні ядерні реактори з двигунами Стірлінга

NASA профінансувало проект Kilopower, в рамках якого інженери агенства розробляють компактні ядерні реактори, що перетворюють теплову енергію на електрику за допомогою двигунів Стірлінга, і підтримують потужність від одного до десяти кіловат протягом десяти років. Випробування досвідчених реакторів проходитимуть з листопада 2017 року до початку 2018 року, повідомляється в прес-релізі NASA.

Більшість космічних апаратів на орбіті Землі використовують для отримання електроенергії сонячні панелі, але для далеких місій, особливо за межі внутрішньої області сонячної системи таке джерело енергії не підходить через малу ефективність. Хоча, деякі такі місії все ж використовують сонячні панелі - наприклад, «Юнона», що вийшла на орбіту Юпітера в 2016 році. Правда, для достатньої потужності зонд використовує панелі загальною площею 60 квадратних метрів.

Найбільш часто для дослідження далеких від Сонця об'єктів, а також постійного стабільного отримання енергії використовуються радіоізотопні джерела, як правило, РІТЕГи. Вони використовують термоелектричні, термоемісійні або інші генератори для перетворення теплової енергії розпаду радіоактивного матеріалу в електричну енергію для живлення систем зонда. Зазвичай такі генератори працюють на дорогому для отримання ізотопі плутонію ²³⁸Pu, а їх потужність становить сотні ватт.

В якості альтернативи РІТЕГам в США і СРСР розроблялися і використовувалися кілька поколінь ядерних реакторів, що працюють на збагаченому урані. Головною перевагою таких джерел є набагато вища потужність - в реакторах «Топаз» і «Єнісей» вона досягала декількох кіловат.

Фахівці з NASA отримали багаторічне фінансування на інший проект створення ядерних реакторів для космічних апаратів - Kilopower. Головною його відмінністю від аналогічних проектів є спосіб перетворення теплової енергії розпаду на електрику. Інженери агентства пропонують використовувати для цього не термоелектричні або термоемісійні генератори, а двигуни Стірлінга, в яких розширення робочого тіла від нагрівання рухає поршень, який в свою чергу приводить в рух вал, сполучений з електрогенератором.

Загалом розроблюваний реактор влаштований наступним чином. Активна зона реактора являє собою циліндр зі збагаченого урану, діаметр якого в 10-кіловаттному реакторі становить близько 15 сантиметрів. Його оточує відбивач нейтронів з оксиду берилію. Для запуску реактора з активної зони вже після запуску космічного апарату витягується стрижень з карбіду бору. Створюване реактором тепло передається за допомогою теплових трубок з рідким натрієм в якості теплоносія на двигун Стірлінга.

Планується, що буде розроблено кілька варіантів реактора з електричною потужністю від одного до десяти кіловат, яку вони зможуть підтримувати протягом десяти років. Проект отримав багаторічне фінансування NASA, і протягом найближчих місяців буде проводитися перший етап тестування прототипу реактора.

Нещодавно комісія з ядерної безпеки Канади схвалила проект реактора четвертого покоління, що працює на розплаві солей і має модульну конструкцію для більш легкого і швидкого обслуговування.