अंतरिक्ष में परमाणु ऊर्जा। परमाणु त्वरण आवेग
अंतरिक्ष यान को चलाने और भविष्य में अलौकिक अड्डों या बस्तियों में इसका उपयोग करने के लिए परमाणु ऊर्जा का उपयोग करने के विचार नए नहीं हैं। हाल ही में, वे एक नई लहर में आए हैं, और जैसे-जैसे वे महान शक्ति प्रतिद्वंद्विता का क्षेत्र बन जाते हैं, उनके कार्यान्वयन की संभावना अधिक हो जाती है।
नासा और अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने डीलर कंपनियों के बीच खोज शुरू की चंद्रमा और मंगल ग्रह पर परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की परियोजनाएं. इसे दीर्घकालिक अनुसंधान और शायद निपटान परियोजनाओं का भी समर्थन करना चाहिए। नासा का लक्ष्य इसे 2026 तक लॉन्च के लिए तैयार करना है। संयंत्र को पूरी तरह से तैयार किया जाना चाहिए और पृथ्वी पर इकट्ठा किया जाना चाहिए और फिर सुरक्षा के लिए परीक्षण किया जाना चाहिए।
एंथोनी कैलोमिनोनासा के अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी प्रशासन में परमाणु प्रौद्योगिकी के निदेशक ने कहा कि योजना XNUMX किलोवाट की परमाणु विखंडन प्रणाली विकसित करने की है जिसे अंततः लॉन्च किया जाएगा और चंद्रमा पर रखा जाएगा। (1). इसे चंद्र लैंडर के साथ एकीकृत किया जाना चाहिए और बूस्टर इसे ले जाएगा चंद्रमा की कक्षा. लोडर फिर सिस्टम को सतह पर लाएँ।
यह उम्मीद की जाती है कि साइट पर पहुंचने पर अतिरिक्त असेंबली या निर्माण की आवश्यकता के बिना, यह तुरंत संचालन के लिए तैयार हो जाएगा। ऑपरेशन संभावनाओं का प्रदर्शन है और समाधान और उसके डेरिवेटिव का उपयोग करने के लिए शुरुआती बिंदु होगा।
कैलोमिनो ने सीएनबीसी पर बताया, "एक बार प्रदर्शन के दौरान प्रौद्योगिकी को मान्य कर दिए जाने के बाद, भविष्य के सिस्टम को बढ़ाया जा सकता है या चंद्रमा और संभवतः मंगल ग्रह पर दीर्घकालिक मिशन के लिए कई उपकरणों का एक साथ उपयोग किया जा सकता है।" “चार इकाइयाँ, जिनमें से प्रत्येक 10 किलोवाट बिजली का उत्पादन करती है, पर्याप्त बिजली प्रदान करेगी चंद्रमा या मंगल ग्रह पर चौकी स्थापित करना.
जमीन-आधारित विखंडन प्रणाली का उपयोग करके ग्रहों की सतह पर बड़ी मात्रा में बिजली उत्पन्न करने की क्षमता बड़े पैमाने पर अनुसंधान, मानव चौकियों और संसाधनों के यथास्थान उपयोग को सक्षम बनाएगी, जबकि व्यावसायीकरण की संभावना को भी अनुमति देगी।
यह कैसे काम करेगा परमाणु ऊर्जा प्लांट? थोड़ा समृद्ध रूप परमाणु ईंधन इच्छाशक्ति की ताकत परमाणु कोर. छोटा परमाणु भट्टी यह गर्मी उत्पन्न करेगा, जिसे ऊर्जा रूपांतरण प्रणाली में स्थानांतरित किया जाएगा। बिजली रूपांतरण प्रणाली में दहनशील ईंधन के बजाय रिएक्टर गर्मी पर चलने के लिए डिज़ाइन किए गए इंजन शामिल होंगे। ये इंजन गर्मी का उपयोग करते हैं, इसे बिजली में परिवर्तित करते हैं, जिसे वातानुकूलित किया जाता है और चंद्रमा और मंगल की सतह पर उपयोगकर्ता उपकरणों में वितरित किया जाता है। उपकरणों के उचित संचालन तापमान को बनाए रखने के लिए गर्मी अपव्यय की विधि महत्वपूर्ण है।
परमाणु शक्ति अब इसे एकमात्र उचित विकल्प माना जाता है सौर ऊर्जा, पवन और जल विद्युत आसानी से उपलब्ध नहीं हैं. उदाहरण के लिए, मंगल ग्रह पर, सूर्य की ताकत मौसम के साथ बहुत भिन्न होती है, और समय-समय पर धूल भरी आंधियां महीनों तक चल सकती हैं।
चांद पर ठंडा चंद्र रात 14 दिनों तक चलती है, ध्रुवों के पास सूरज की रोशनी बहुत भिन्न होती है और स्थायी रूप से छाया वाले क्रेटर से अनुपस्थित होती है। ऐसी कठिन परिस्थितियों में, सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा प्राप्त करना कठिन है, और ईंधन की आपूर्ति सीमित है। सतह विखंडन ऊर्जा एक आसान, विश्वसनीय और कुशल समाधान प्रदान करती है।
भिन्न ग्राउंड रिएक्टरईंधन को हटाने या बदलने का कोई इरादा नहीं है। 10-वर्षीय मिशन के अंत में, सुविधा को सुरक्षित रूप से बंद करने की भी योजना है। कैलोमिनो ने बताया, "इसके सेवा जीवन के अंत में, सिस्टम बंद कर दिया जाएगा, और विकिरण का स्तर धीरे-धीरे कम होकर उस स्तर तक पहुंच जाएगा जो मानव पहुंच और संचालन के लिए सुरक्षित है।" "अपशिष्ट प्रणालियों को एक दूरस्थ भंडारण स्थान पर ले जाया जा सकता है जहां वे चालक दल या पर्यावरण को खतरे में नहीं डालेंगे।"
छोटा, हल्का, लेकिन कुशल रिएक्टर, उच्च मांग में
जैसे-जैसे अंतरिक्ष अन्वेषण विकसित हो रहा है, हम पहले से ही काफी अच्छा कर रहे हैं परमाणु ऊर्जा उत्पादन प्रणाली छोटे पैमाने पर. ऐसी प्रणालियों में लंबे समय तक संचालित मानवरहित अंतरिक्ष यान होते हैं जो सौर मंडल के सुदूर इलाकों तक यात्रा करते हैं।
2019 में, परमाणु-संचालित न्यू होराइजन्स अंतरिक्ष यान ने कुइपर बेल्ट के रूप में जाने जाने वाले क्षेत्र में प्लूटो से बहुत दूर, सबसे दूर की वस्तु, अल्टिमा थुले के माध्यम से उड़ान भरी। परमाणु ऊर्जा के बिना वह ऐसा नहीं कर सकते थे। मंगल की कक्षा के बाहर सौर ऊर्जा पर्याप्त मात्रा में उपलब्ध नहीं है। रासायनिक स्रोत अधिक समय तक नहीं टिकते क्योंकि उनका ऊर्जा घनत्व बहुत कम होता है और उनका द्रव्यमान बहुत अधिक होता है।
लंबी दूरी के मिशनों पर उपयोग किया जाता है रेडियोथर्मल जनरेटर (आरटीजी) प्लूटोनियम आइसोटोप 238Pu का उपयोग करता है, जो अल्फा कणों का उत्सर्जन करके प्राकृतिक रेडियोधर्मी क्षय से स्थायी गर्मी उत्पन्न करने के लिए आदर्श है, जिसे बाद में बिजली में परिवर्तित किया जाता है। इसके 88 वर्ष के आधे जीवन का मतलब है कि यह एक दीर्घकालिक मिशन को पूरा करेगा। हालाँकि, आरटीजी लंबे मिशनों, अधिक विशाल जहाजों, अलौकिक ठिकानों का उल्लेख नहीं करने के लिए आवश्यक उच्च विशिष्ट शक्ति प्रदान नहीं कर सकते हैं।
उदाहरण के लिए, खोजपूर्ण उपस्थिति और संभवतः मंगल या चंद्रमा पर बस्ती के लिए एक समाधान छोटे रिएक्टर डिज़ाइन हो सकते हैं जिनका नासा कई वर्षों से परीक्षण कर रहा है। इन उपकरणों को कहा जाता है किलोपावर विखंडन ऊर्जा परियोजना (2), 1 से 10 किलोवाट तक विद्युत ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और इन्हें बिजली प्रणोदन प्रणालियों के लिए समन्वित मॉड्यूल के रूप में या विदेशी अंतरिक्ष निकायों पर अनुसंधान, खनन या कॉलोनियों का समर्थन करने के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है।
जैसा कि आप जानते हैं, अंतरिक्ष में द्रव्यमान मायने रखता है। रिएक्टर शक्ति इसका वजन औसत वाहन के वजन से अधिक नहीं होना चाहिए। जैसा कि हम जानते हैं, उदाहरण के लिए, एक हालिया शो से स्पेसएक्स फाल्कन हेवी रॉकेटअंतरिक्ष में कार लॉन्च करना फिलहाल कोई तकनीकी समस्या नहीं है। इस प्रकार, प्रकाश रिएक्टरों को आसानी से पृथ्वी के चारों ओर और उससे आगे की कक्षा में स्थापित किया जा सकता है।
2. XNUMX किलोवाट किलोपावर रिएक्टर प्रोटोटाइप।
रिएक्टर वाला रॉकेट उम्मीदें और डर पैदा करता है
नासा के पूर्व प्रशासक जिम ब्रिडेनस्टाइन उन्होंने कई बार जोर दिया परमाणु थर्मल इंजन के लाभ, यह कहते हुए कि कक्षा में अधिक शक्ति संभावित रूप से एंटी-सैटेलाइट हथियार हमले की स्थिति में परिक्रमा करने वाले यान को सफलतापूर्वक बचने की अनुमति दे सकती है।
कक्षा में रिएक्टर वे शक्तिशाली सैन्य लेज़रों को भी शक्ति प्रदान कर सकते हैं, जो अमेरिकी अधिकारियों के लिए भी बहुत रुचि का विषय है। हालाँकि, परमाणु रॉकेट इंजन के अपनी पहली उड़ान भरने से पहले, नासा को परमाणु सामग्री को अंतरिक्ष में ले जाने के बारे में अपने कानूनों को बदलना होगा। यदि यह सच है, तो नासा की योजना के अनुसार, परमाणु इंजन की पहली उड़ान 2024 में होनी चाहिए।
हालाँकि, ऐसा प्रतीत होता है कि अमेरिका अपनी परमाणु परियोजनाओं को तेजी से शुरू कर रहा है, खासकर रूस द्वारा परमाणु-संचालित नागरिक अंतरिक्ष यान बनाने के एक दशक लंबे कार्यक्रम की घोषणा के बाद। वे एक समय अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में निर्विवाद नेता थे।
60 के दशक में, संयुक्त राज्य अमेरिका के पास ओरियन पल्स-पल्स परमाणु मिसाइल के लिए एक परियोजना थी, जो इतनी शक्तिशाली मानी जाती थी कि यह अनुमति दे सकती थी पूरे शहरों को अंतरिक्ष में ले जानाऔर यहां तक कि अल्फ़ा सेंटॉरी के लिए एक मानवयुक्त उड़ान भी बनाएं। वे सभी पुरानी फंतासी अमेरिकी श्रृंखलाएं 70 के दशक से ही ठंडे बस्ते में हैं।
हालाँकि, अब पुरानी अवधारणा को धूल चटाने का समय आ गया है। अंतरिक्ष में परमाणु इंजनमुख्यतः क्योंकि प्रतिस्पर्धियों ने, इस मामले में मुख्य रूप से रूस ने, हाल ही में इस तकनीक में बहुत रुचि दिखाई है। एक परमाणु थर्मल रॉकेट मंगल ग्रह पर उड़ान के समय को आधा कर सकता है, शायद XNUMX दिनों तक भी, जिसका अर्थ है कि अंतरिक्ष यात्री कम संसाधनों का उपभोग करते हैं और चालक दल पर कम विकिरण भार डालते हैं। इसके अलावा, जैसा कि लगता है, "खिड़कियों" पर ऐसी कोई निर्भरता नहीं होगी, यानी हर कुछ वर्षों में मंगल ग्रह का पृथ्वी पर बार-बार आना।
हालाँकि, एक जोखिम है, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि ऑनबोर्ड रिएक्टर ऐसी स्थिति में विकिरण का एक अतिरिक्त स्रोत होगा जहां अंतरिक्ष पहले से ही इस प्रकृति का एक बड़ा खतरा है। वह सब कुछ नहीं हैं। परमाणु थर्मल इंजन संभावित विस्फोट और संदूषण के डर से इसे पृथ्वी के वायुमंडल में लॉन्च नहीं किया जा सकता है। इसलिए, प्रक्षेपण के लिए सामान्य रॉकेट उपलब्ध कराए जाते हैं। इसलिए, हम पृथ्वी से कक्षा में द्रव्यमान के प्रक्षेपण से जुड़े सबसे महंगे चरण को नहीं छोड़ते हैं।
नासा अनुसंधान परियोजना को बुलाया गया पेड़ (परमाणु थर्मल रॉकेट पर्यावरण सिम्युलेटर) परमाणु प्रणोदन पर लौटने के नासा के प्रयासों का एक उदाहरण है। 2017 में, इससे पहले कि प्रौद्योगिकी की वापसी की कोई बात होती, नासा ने निर्माण के लिए आवश्यक ईंधन घटकों और रिएक्टरों को विकसित करने के लिए BWX Technologies को तीन साल का $19 मिलियन का अनुबंध दिया। परमाणु इंजन. नासा की नवीनतम अंतरिक्ष परमाणु प्रणोदन अवधारणाओं में से एक स्वार्म-प्रोब एटीईजी रिएक्टर, स्पीयर (3) है, जिसमें समग्र कोर द्रव्यमान को महत्वपूर्ण रूप से कम करने के लिए एक नए हल्के रिएक्टर मॉडरेटर और उन्नत थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर (एटीईजी) का उपयोग करने की उम्मीद है।
इसके लिए ऑपरेटिंग तापमान को कम करने और कोर के समग्र शक्ति स्तर को कम करने की आवश्यकता होगी। हालाँकि, कम द्रव्यमान के लिए कम प्रणोदन शक्ति की आवश्यकता होगी, जिसके परिणामस्वरूप एक छोटा, सस्ता, परमाणु-संचालित विद्युत अंतरिक्ष यान तैयार होगा।
3. स्वार्म-प्रोब एनेबलिंग एटीईजी रिएक्टर प्रोजेक्ट के ढांचे के भीतर विकसित जांच का विज़ुअलाइज़ेशन।
अनातोली पर्मिनोवइसकी घोषणा रूस की संघीय अंतरिक्ष एजेंसी के प्रमुख ने की. गहरे अंतरिक्ष यात्रा के लिए परमाणु ऊर्जा से चलने वाला अंतरिक्ष यान विकसित करेगा, अपना स्वयं का, मौलिक दृष्टिकोण प्रस्तुत करता है। प्रारंभिक डिज़ाइन 2013 तक पूरा हो गया था, और अगले 9 वर्षों में विकास की योजना बनाई गई है। यह प्रणाली आयन प्रणोदन प्रणाली के साथ परमाणु ऊर्जा उत्पादन का एक संयोजन होना चाहिए। रिएक्टर से 1500°C पर गर्म गैस को एक टरबाइन को घुमाना चाहिए जो एक जनरेटर को घुमाता है जो आयन इंजन के लिए बिजली उत्पन्न करता है।
पेर्मिनोव के अनुसार, यह अभियान मंगल ग्रह पर मानवयुक्त मिशन का समर्थन करने में सक्षम होगाऔर परमाणु ऊर्जा की बदौलत अंतरिक्ष यात्री 30 दिनों तक लाल ग्रह पर रह सकते थे। कुल मिलाकर, परमाणु इंजन और निरंतर त्वरण के साथ मंगल ग्रह की उड़ान में आठ महीने के बजाय छह सप्ताह लगेंगे, यह मानते हुए कि रासायनिक इंजन की तुलना में 300 गुना अधिक जोर होगा।
हालाँकि, रूसी कार्यक्रम में सब कुछ इतना सहज नहीं है। अगस्त 2019 में रूस के सरोव में व्हाइट सी के तट पर एक रिएक्टर में विस्फोट हो गया, जो बाल्टिक सागर में एक रॉकेट इंजन का हिस्सा था। तरल ईंधन. यह ज्ञात नहीं है कि यह आपदा ऊपर वर्णित रूसी परमाणु प्रणोदन अनुसंधान कार्यक्रम से संबंधित है या नहीं।
निस्संदेह, हालांकि, जमीन पर संयुक्त राज्य अमेरिका और रूस और संभवतः चीन के बीच प्रतिद्वंद्विता का एक तत्व है अंतरिक्ष में परमाणु ऊर्जा का उपयोग अनुसंधान को एक मजबूत त्वरित गति प्रदान करता है।
