Reaktor ruang kilopower lulus uji tanah

NASA mengadakan konferensi pers tentang kemajuan dalam pengembangan reaktor ruang angkasa Kilopower. Setahun yang lalu, saya menggambarkan proyek ini secara terperinci dan kemudian pengembangannya diuji untuk suatu sistem untuk mengubah panas menjadi listrik. Yah, dapat dinyatakan bahwa kemajuan luar biasa dari proyek telah menjadi lebih baik.


Reaktor kilopower di bulan (render).

Pada 2017, di tengah-tengah mereka. Glenn NASA melakukan uji vakum termal skala penuh dari reaktor prototipe menggunakan simulator panas peluruhan listrik di dalam simulator inti uranium. Secara umum, perlu dicatat bahwa pengembangan mekanisme untuk mentransfer panas dari inti ke generator berdasarkan pada mesin Stirling (selanjutnya disebut sebagai GDS) menggunakan pipa panas hampir merupakan bagian yang paling sulit dan penting dari proyek, sehingga dapat digunakan selama 3 tahun. Secara khusus, tantangannya adalah untuk memulai pipa panas natrium, di mana bagian dari natrium harus dicairkan dan diuapkan sehingga terbentuk aliran panas yang cukup, tetapi tidak terlalu panas. Mengingat sifat "pemerintahan sendiri" dari reaktor, ini tidak begitu sederhana dari sudut pandang teknik. Siklus tes akhir dengan blanko uranium-molybdenum alloy kosong bertujuan untuk menguji transisi termal antara inti (AZ) dan pipa panas.



Suhu pipa panas kilopower saat startup sistem. Termokopel disusun berurutan dari simulator AZ ke penerima panas (ujung panas GDS).

Namun, meskipun pipa panas bersuhu tinggi dan GDS adalah hal yang menarik, semua ini tidak ada hubungannya dengan bagian nuklir Kilopower. Eksperimen lengkap dengan sumber panas nuklir bernama KRUSTY (Reaktor Kilopower Menggunakan Teknologi Stirling) dan dilakukan dari musim gugur 2017 hingga Maret 2018 di laboratorium DAF yang terletak di lokasi uji nuklir Nevada. Di laboratorium ini (yang dulunya merupakan tempat berkumpulnya muatan nuklir untuk ledakan uji di lokasi pengujian), sekarang empat majelis kritis berada (majelis kritis disebut nol atau reaktor nuklir berdaya rendah yang digunakan untuk memverifikasi perhitungan neutron) yang digunakan oleh laboratorium nuklir AS untuk berbagai eksperimen (termasuk cukup damai - misalnya, untuk mengukur konstanta dosimetri). Ngomong-ngomong, di laboratorium inilah sejarah Kilopower dimulai, karena di sinilah letak perakitan kritis Flattop, yang pada tahun 2011 prototipe konseptual reaktor diuji.


Majelis kritis adalah donor. Untuk KRUTSY, frame dan sistem seluler yang lebih rendah digunakan.

Untuk percobaan KRUSTY, mesin Comet diambil, yang dulunya merupakan bagian kosong uranium dan reflektor yang bergeser secara vertikal. Sekarang, Kilopower sebenarnya dengan ruang vakum ditempatkan di atas, dan reflektor berilium oksida didorong ke uranium yang diperkaya kosong dengan sistem mobile.


Perakitan dari mesin Comet dan reaktor Kilopower yang digunakan dalam percobaan KRUSTY. Reaktor diluncurkan dengan menggeser reflektor sisi berilium oksida ke teras reaktor

Setelah merakit inti (yang, omong-omong, merupakan subgenre yang terpisah - dengan banyak pembatasan pada kehadiran sejumlah orang dan material), sistem diuji dalam kasus kegagalan berbagai sistem. NASA menulis "dilakukan tanpa daya" di sini, tetapi gambaran yang sedikit berbeda muncul dari rencana percobaan.



Merakit inti reaktor ruang prototipe. Salah satu batasan paling umum ketika bekerja dengan majelis kritis adalah pembatasan kehadiran orang di dekatnya (katakanlah tidak lebih dari 2 orang dalam radius 2 meter), agar tidak menggoda nasib dengan kehadiran sejumlah besar reflektor air di sekitar bahan senjata. Elemen-elemen yang dirakit oleh para insinyur dijelaskan dalam gambar di bawah ini:



Kemudian start-up fisik reaktor tanpa sistem konversi dilakukan dengan pengukuran karakteristik reaktivitas reflektor dan sifat propagasi sistem dan, dilihat dari rencana, batang penyerap start-up yang terbuat dari boron karbida, yang dirancang di tengah teras dan memastikan bahwa reaktor tidak mulai dalam keadaan darurat, misalnya, meluncurkan ke orbit.



Eksperimen yang direncanakan termasuk input reaktivitas ketika reaktor dingin pada $ 0,8 dan $ 3 ($ 1 berarti kelebihan kritikalitas sama dengan fraksi neutron tertunda, setelah itu laju percepatan reaktor meningkat tajam). Dalam hal ini, daya neutron meningkat (dalam hal memasukkan $ 3 - cepat) hingga pemanasan dan perluasan bahan bakar menghasilkan reaktivitas negatif dan reaktor “tenang” pada tingkat daya tertentu.



Menurut rencana dari slide di atas, sifat propagasi dari berbagai elemen rakitan pada suhu yang berbeda harus diukur.

Perlu dicatat di sini bahwa siaran pers NASA / DOE sangat pelit dengan rincian, apa yang sebenarnya dilakukan, tetapi saya 99% yakin bahwa pengukuran ini dilakukan di musim dingin. Tanpa verifikasi eksperimental dari properti pemuliaan reaktor, ia akan selamanya ditakdirkan untuk tetap menjadi kertas dan tidak diizinkan untuk memulai.


Pemasangan ruang vakum pada "bagian konversi" Kilopower selama pengujian musim dingin.

Akhirnya, pengujian komprehensif sistem dilakukan dengan start-up reaktor dan sistem konversi, output ke nominal dan berjalan dengan daya. Seluruh tes memakan waktu 28 jam, dari grafik pemanasan pipa panas di atas, kita dapat mengasumsikan bahwa pengalaman itu tampak seperti "mulai dalam 4 jam + 24 jam operasi pada nilai nominal." Apakah tes dilakukan pada kontrol diri reaktor (perubahan daya termal ketika beban berubah), itu tidak dilaporkan, tetapi satu gambar dari siaran pers menunjukkan bahwa ya, berikut ini dilakukan:


Sangat bisa diklik

Di latar belakang terdapat rak kontrol perakitan GODIVA IV dan Comet yang kritis, pada layar Anda dapat melihat dudukan dari Comet dengan Kilopower, reflektornya dalam mode "start" dan salju di layar kamera juga mengisyaratkan bahwa ini adalah momen jangka panjang. Pada layar di tabel belakang, kita harus mengasumsikan beberapa jenis parameter perakitan nuklir, pada layar yang lebih dekat dengan kita adalah grafik suhu dengan termokopel dan status sistem dan instrumentasi. Gigi pada grafik suhu dapat dibayangkan termasuk beban tambahan. Rencana untuk menjalankan ini juga mengkonfirmasi ide-ide ini:



Pada konferensi pers, seorang insinyur NASA juga mencatat bahwa "tim menguji urutan startup, parameter selama operasi pada nilai nominal, dan efisiensi - dan sistem memenuhi persyaratan untuk semua parameter yang diukur."

Dengan satu atau lain cara, bagi NASA / DOE ini adalah langkah yang signifikan. Selama 40 tahun sebelumnya, tidak satu pun proyek reaktor ruang sipil telah mencapai peluncuran fisik, meskipun banyak tahap pengembangan dan pengujian vakum termal telah berlalu. Tidak banyak yang diketahui tentang proyek militer, setidaknya untuk reaktor SP-100 tes berjalan sangat jauh - ada kemungkinan bahwa itu diuji dalam bentuk kriteria nol daya. Keberhasilan ini sulit dipercaya dengan latar belakang beberapa dekade bahwa proyek-proyek sebelumnya yang tidak mencapai tes tanah penuh dihabiskan. Namun, terlepas dari konsep yang sangat baik dan pengembangan tanah yang sukses, masa depan Kilopower tidak jelas.


Konsep misi untuk target di sabuk Kuiper menggunakan versi 10-kilowatt dari Kilopower untuk memberikan traksi bagi kendaraan.

Cakupan reaktor semacam itu, meskipun relatif agak besar, tetapi juga tidak begitu besar: mengganti RTG dalam misi stasiun antarplanet otomatis di luar orbit Jupiter, dalam hal pengembangan versi 10 kW, juga menyediakan tenaga listrik untuk misi berawak ke bulan (meskipun masalah sehubungan dengan misi ke kutub bulan) kontroversial ) dan yang paling penting - catu daya misi ERD ke badan jauh dari tata surya. Opsi terakhir, yang disebut Nuclear Electrical Propulsion, adalah yang paling produktif dalam arti meningkatkan kemampuan pesawat ruang angkasa dan memungkinkan Anda untuk mencapai tujuan yang tidak dapat dicapai pada mesin roket kimia, seperti orbit Charon, Pluto dan badan lain dari sabuk Kuiper.

Namun, versi 10 kilowatt masih perlu dikembangkan. Menggunakan pipa panas 380 watt, yang ada di prototipe, ini tidak mungkin, dan secara umum tugas menghilangkan 40 kilowatt panas dari uranium yang relatif kecil tanpa pendingin bergerak terlihat sulit. Ada kemungkinan bahwa pengembangan reaktor 10-kilowatt akan berlarut-larut untuk waktu yang lama, dan akan menyenangkan untuk menemukan konsumen untuk versi 1-kilowatt, sehingga reaktor terbang.

Mengganti RTG (terutama versinya dengan GDS) tidak memberi banyak karena berat badan Kilopower sendiri, di samping potensi perangkat yang lebih murah (RTG berharga NASA sekitar $ 100 juta per kilowatt, jelas lebih mahal daripada Kilopower). Desain pesawat ruang angkasa utama NASA terus membuat perkiraan menggunakan RTG plutonium!


Misi NASA yang direncanakan untuk Neptunus dan Uranus masih membawa RTG di papan - pengembangan sumber daya on-board Curiocity.

Pangkalan berawak / misi jangka panjang di suatu tempat di Bulan atau Mars tetap dalam fase konseptual selama beberapa dekade, dan sepertinya ini bukan kuda yang dapat menarik Kilopower ke luar angkasa. Sebenarnya, bahkan AMS yang jauh memberikan tingkat peluncuran 10 tahun sekali, atau bahkan kurang. Tampaknya NASA harus mengambil langkah berikutnya, menemukan misi yang layak untuk Kilopower dan membuatnya sesegera mungkin. Kami berharap bahwa di tahun mendatang kita akan melihat pilihan seperti itu yang akan memberikan peluang terbaik untuk reaktor nuklir baru di luar angkasa, yang sudah lama tidak kita lihat.