Economist | Γιατί το διάστημα πρόκειται να εισέλθει στην πυρηνική εποχή

Economist | Γιατί το διάστημα πρόκειται να εισέλθει στην πυρηνική εποχή
Economist | Γιατί το διάστημα πρόκειται να εισέλθει στην πυρηνική εποχή

Τον περασμένο Νοέμβριο η Ρωσία ανατίναξε έναν παροπλισμένο δορυφόρο, δημιουργώντας θραύσματα που θα βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη για δεκαετίες. Η δοκιμή πυραύλου «άμεσης ανόδου» ήταν η πρώτη για τη Ρωσία και απηχούσε μια παρόμοια δοκιμή όπλων που πραγματοποίησε η Κίνα το 2007, η οποία επίσης δημιούργησε ένα μόνιμο νέφος από συντρίμμια.

Η Ινδία και η Αμερική έχουν επίσης καταστρέψει ανενεργούς δορυφόρους, αν και ευτυχώς χωρίς να δημιουργήσουν τόσα συναφή διαστημικά σκουπίδια μακράς διαρκείας.

Όλη αυτή η πρακτική επί στόχων ανησυχεί τους επικεφαλής της αμερικανικής άμυνας, οι οποίοι θα δυσκολεύονταν να εισέλθουν σε πόλεμο εάν κρίσιμοι δορυφόροι έβγαιναν εκτός λειτουργίας. Το Πεντάγωνο, επομένως, θέλει η επόμενη γενιά δορυφόρων του να έχει αρκετή ισχύ ώστε να μπορεί να αποφύγει επιθέσεις. Πιστεύει ότι η απάντηση βρίσκεται στην πυρηνική πρόωση.

Δύο πρωτοβουλίες θα διερευνήσουν την ιδέα. Η πρώτη, με επικεφαλής την Υπηρεσία Προηγμένων Αμυντικών Ερευνητικών Προγραμμάτων (DARPA), θα δοκιμάσει μια τεχνολογία γνωστή ως «πυρηνική θερμική πρόωση».

Σε συνεργασία με αμερικανικές εταιρείες, όπως η Blue Origin, η General Atomics και η Lockheed Martin, τα διαστημόπλοια της DARPA θα φέρουν έναν μικρό πυρηνικό αντιδραστήρα. Στο εσωτερικό του, άτομα ουρανίου θα διασπώνται για να παράγουν τεράστια θερμότητα.

Αυτή η θερμότητα θα αφομιώνεται από υγρό υδρογόνο που θα απορροφάται από μια δεξαμενή στο διαστημόπλοιο.

Το υδρογόνο, το οποίο θα ξεκινά σε θερμοκρασία αποθήκευσης ψυχρότερη από -253°C, θα διαστέλλεται ταχύτατα καθώς θερμαίνεται. Καθώς αυτό το καυτό αέριο εκτοξεύεται από ένα ακροφύσιο στο πίσω μέρος του διαστημικού σκάφους, θα παράγει ώθηση.

Ένα τέτοιο διαστημικό σκάφος θα μπορούσε να ανέβει σε γεωστατική τροχιά πάνω από τη Γη, σε ύψος σχεδόν 36.000 χιλιομέτρων, μέσα σε λίγες ώρες. Οι δορυφόροι που καίνε κανονικά καύσιμα πυραύλων χρειάζονται αρκετές ημέρες για το ίδιο ταξίδι.

Οι πυρηνικοί δορυφόροι με άφθονη ενέργεια θα ήταν επίσης δύσκολο να καταστραφούν – οι τροχιές τους θα μπορούσαν να αλλάζουν αρκετά συχνά ώστε να γίνονται απρόβλεπτες. Η DARPA θέλει να δοκιμάσει το διαστημικό της σκάφος, που θα ονομάζεται DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations), σε τροχιά το 2025. Πρόκειται για ένα φιλόδοξο χρονοδιάγραμμα, δεδομένου ότι η πυρηνική θερμική πρόωση δεν έχει δοκιμαστεί ποτέ στο διάστημα.

Η Μονάδα Αμυντικής Καινοτομίας (DIU) του Πενταγώνου διαχειρίζεται τη δεύτερη πυρηνική πρωτοβουλία. Τον Σεπτέμβριο του 2021 ζήτησε προτάσεις για πυρηνικά συστήματα για την πρόωση δορυφόρων ή, εναλλακτικά, για την τροφοδοσία ηλεκτρονικών συστημάτων επί του σκάφους.

Οι εταιρείες που θα υποβάλουν τις ιδέες τους θα πρέπει να πληρούν συγκεκριμένες προϋποθέσεις: θα πρέπει να αποφύγουν την τεχνολογία πυρηνικής-θερμικής πρόωσης πάνω στην οποία εργάζεται ήδη η DARPA, θα πρέπει να είναι σε θέση να κατασκευάσουν ένα πρωτότυπο εντός τριών έως πέντε ετών, και θα πρέπει να έχουν ένα αξιόπιστο σχέδιο για δοκιμές στο διάστημα.

Από τις δεκάδες προτάσεις που έλαβε η DIU, οι δύο πρώτοι νικητές θα ανακοινωθούν αργότερα αυτό το μήνα.

usa russia china
Economist | Γιατί το διάστημα πρόκειται να εισέλθει στην πυρηνική εποχή

Πέρα από τον δράκο

Ο Ryan Weed, σμηναγός της Πολεμικής Αεροπορίας των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής (USAF), επικεφαλής του προγράμματος  της DIU, λέει ότι οι προτάσεις που υποβλήθηκαν εμπίπτουν σε διαφορετικές κατηγορίες.

Ορισμένες ενσωματώνουν πυρηνικούς αντιδραστήρες, αλλά όχι για τη θέρμανση υγρού υδρογόνου. Αντ’ αυτού, η θερμότητα θα χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας η οποία στη συνέχεια θα εφαρμόζεται σε ένα προωθητικό αέριο όπως το ξένον.

Αυτή θα ιονίσει το αέριο το οποίο, χάρη σε ένα ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο, θα εξέρχεται από ένα ακροφύσιο για να παράγει ώθηση.

Οι προωθητήρες ιόντων δεν είναι μια νέα ιδέα, αλλά ένας πυρηνικός αντιδραστήρας θα μπορούσε να παράγει πολύ περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια για να τους τροφοδοτεί από ό,τι ακόμη και μια μεγάλη ηλιακή συστοιχία.

Παράλληλα, δορυφόροι χωρίς ηλιακούς συλλέκτες θα καθιστούσαν πιο δύσκολο για τους εχθρούς να τους εντοπίσουν και να τους αχρηστεύσουν, πολύ χρήσιμο για στρατιωτικούς σκοπούς.

Πολλά από τα σχέδια για πυρηνική ηλεκτρική πρόωση απαιτούν την ίδια διαδικασία διάσπασης ατόμων που χρησιμοποιείται στους επίγειους πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Το πακέτο για το διάστημα θα ζύγιζε τουλάχιστον έναν τόνο, οπότε θα τροφοδοτούσε μόνο μεγάλους δορυφόρους.

Άλλες προτάσεις αφορούν θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων (RTGs). Αυτού του είδους οι «πυρηνικές μπαταρίες» χρησιμοποιούνται εδώ και καιρό για την τροφοδοσία ανιχνευτών που αποστέλλονται στο βαθύ διάστημα, όπου η ηλιακή ενέργεια είναι ιδιαίτερα αδύναμη.

Αντί για την κατασκευή ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, μια RTG χρησιμοποιεί συσκευές που ονομάζονται θερμοζεύγη για να παράγει μια μέτρια ισχύ από τη θερμότητα που απελευθερώνεται από τη διάσπαση των ραδιενεργών ισοτόπων.

Το Πλουτώνιο-238, το οποίο είναι υποπροϊόν της ανάπτυξης όπλων, χρησιμοποιήθηκε από τη NASA για την τροφοδοσία τόσο των ανιχνευτών Voyager, που εκτοξεύτηκαν τη δεκαετία του 1970 και εξακολουθούν να λειτουργούν, όσο και του οχήματος Curiosity που κυκλοφορεί σήμερα στον Άρη.

Ωστόσο, το πλουτώνιο-238, υπόκειται σε πληθώρα κανονιστικών ρυθμίσεων και βρίσκεται σε έλλειψη. Και με χρόνο ημιζωής τα 87,7 έτη, η θερμότητα που παράγει από τη ραδιενεργό διάσπαση κατανέμεται σε μεγάλο χρονικό διάστημα.

Η DIU αναζητά επομένως εναλλακτικές λύσεις με μικρότερο χρόνο ημιζωής και «πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα θερμικής ισχύος», λέει ο σμηναγός Weed. Το Κοβάλτιο-60, με χρόνο ημιζωής 5,3 χρόνια, είναι μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση, διαθέσιμη στο εμπόριο.

Θα ήθελε οι RTGs να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια για ώθηση αλλά και τα ηλεκτρονικά συστήματα επί του σκάφους για δορυφόρους που έχουν το μέγεθος ενός πλυντηρίου ρούχων.

Προπαντός, να μην προκαλείται βλάβη

Ωστόσο, πόσο ασφαλές είναι να στέλνουμε πυρηνικές συσκευές, ιδίως αντιδραστήρες, στο διάστημα; Ο Nathan Greiner, επισμηναγός της USAF που ηγείται του προγράμματος της DARPA, λέει ότι μια ανησυχία που ακούει συχνά αφορά την πιθανή έκρηξη ενός διαστημικού σκάφους DRACO στην εξέδρα εκτόξευσης.

Δηλώνει ότι ένα τέτοιο γεγονός δεν θα αποτελούσε μεγαλύτερο κίνδυνο από την έκρηξη ενός συμβατικού διαστημικού σκάφους – επειδή ο αντιδραστήρας δεν θα είχε τεθεί σε λειτουργία σε εκείνο το σημείο, καθώς το καύσιμο ουρανίου του δεν θα αποτελούσε ραδιολογικό κίνδυνο.

Μεγαλύτερο πρόβλημα θα ήταν αν ο πυρηνικός αντιδραστήρας έπεφτε στη θάλασσα. Το νερό μπορεί να ενθαρρύνει την έναρξη μιας πυρηνικής αλυσιδωτής αντίδρασης κατά την οποία τα άτομα ουρανίου διασπώνται και απελευθερώνουν νετρόνια που μπορούν να συνεχίσουν να διασπούν περαιτέρω άτομα ουρανίου.

Εάν δεν ελεγχθεί, αυτή η αλυσιδωτή αντίδραση μπορεί να οδηγήσει σε τήξη. Γι’ αυτό το DRACO είναι διαμορφωμένο έτσι ώστε ακόμη και αν βυθιστεί στο νερό, τα «δηλητηριώδη καλώδια» από βόριο θα παραμείνουν στη θέση τους. Το βόριο χρησιμοποιείται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες για να μετριάσει -ή και να σταματήσει- την πυρηνική σχάση.

Ένας άλλος κίνδυνος είναι η τυχαία ατμοσφαιρική επανείσοδος. Η Σοβιετική Ένωση πέταξε τουλάχιστον 33 κατασκοπευτικούς δορυφόρους με πυρηνικούς αντιδραστήρες για την παροχή ενέργειας (αλλά όχι για πρόωση).

Σε ένα ατύχημα, ο αντιδραστήρας ενός δορυφόρου με το όνομα Kosmos 954 απέτυχε να ανέβει σε μια αρκετά υψηλή «τροχιά διάθεσης» στο τέλος της αποστολής του. Το 1978 κατέληξε να εκτοξεύσει ραδιενεργά θραύσματα σε μια έκταση των Βορειοδυτικών Εδαφών του Καναδά.

Για να αποφευχθεί ένα παρόμοιο ατύχημα, ο πυρηνικός αντιδραστήρας της DARPA δεν θα πετάει σε χαμηλές τροχιές, λέει η Tabitha Dodson, κορυφαία μηχανικός του DRACO.

Η πρόσφατη αύξηση του ενδιαφέροντος για την πυρηνική ενέργεια στο διάστημα μπορεί να αποδοθεί άμεσα στη βελτίωση της ικανότητας των μηχανικών να χρησιμοποιούν υπολογιστές για να μοντελοποιούν τα σχέδια των αντιδραστήρων τους.

Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι, για να μπορέσει ένας πυρηνικός αντιδραστήρας να χωρέσει σε έναν πύραυλο, θα έπρεπε να λειτουργεί με καύσιμα που ήταν ιδιαίτερα εμπλουτισμένα με Ουράνιο-235, ένα ισότοπο ουρανίου που διασπάται εύκολα.

Το καύσιμο του σοβιετικού Kosmos 954, για παράδειγμα, ήταν 90% Ουράνιο-235, παρόμοιο με το υλικό που χρησιμοποιήθηκε στην ατομική βόμβα που πυροδοτήθηκε πάνω από τη Χιροσίμα το 1945.

Δεδομένου, λοιπόν, του ανησυχητικού δυναμικού διπλής χρήσης του καυσίμου, οι επιστήμονες έπρεπε να αντιμετωπίσουν την βαριά γραφειοκρατία, τις μεγάλες καθυστερήσεις και το τεράστιο κόστος κατασκευής πυρηνικών αντιδραστήρων.

Και, ακόμη και αν όλα πήγαιναν καλά, «πολλούς φρουρούς και όπλα», λέει ο Michael Eades, επικεφαλής μηχανικός της USNC Advanced Technologies, ενός υπεργολάβου του Σιάτλ που συμμετέχει στο DRACO.

Αλλά η καλύτερη μοντελοποίηση σε υπολογιστές έχει επιτρέψει, τα τελευταία χρόνια, στους επιστήμονες να σχεδιάσουν αντιδραστήρες στους οποίους το καύσιμο είναι εμπλουτισμένο σε λιγότερο από 20% Ουράνιο-235. Αυτό είναι κάτω από τον οπλικό βαθμό, οπότε οι κυβερνητικοί περιορισμοί θα είναι λιγότερο επαχθείς

2f843553723f5587c1374d17d396dea3
Economist | Γιατί το διάστημα πρόκειται να εισέλθει στην πυρηνική εποχή

Θέλετε να φτάσετε γρηγορότερα στον Άρη; Διασπάστε, πρώτα, μερικά άτομα

Η Αμερική δεν είναι μόνη της σε αυτή την πυρηνική αναζήτηση. Η Κίνα και η Ρωσία αναπτύσσουν επίσης πυρηνική ενέργεια για το διάστημα. Η λίστα επιθυμιών της Κίνας περιλαμβάνει έναν στόλο διαστημικών λεωφορείων με πυρηνική ισχύ.

Η Ρωσία σχεδιάζει ένα φορτηγό διαστημόπλοιο με ηλεκτρική πρόωση που ονομάζεται Zeus, το οποίο θα τροφοδοτείται από πυρηνικό αντιδραστήρα. Η Roscosmos, η ρωσική ομοσπονδιακή διαστημική υπηρεσία, ελπίζει να το εκτοξεύσει το 2030.

Η προοπτική πιο ικανών δορυφόρων, αναμφίβολα, θα προκαλέσει υποψίες μεταξύ των διαστημικών κρατών. Πυρηνικά διαστημόπλοια με άφθονη ηλεκτρική ενέργεια θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για παρεμβολές στις δορυφορικές επικοινωνίες.

Έγγραφα από την ΚΒ Arsenal, μια εταιρεία της Αγίας Πετρούπολης που εργάζεται στον Δία και, σύμφωνα με πληροφορίες, σε ένα άλλο πυρηνικό διαστημόπλοιο με την ονομασία Ekipazh, αναφέρονται στη δυνατότητα χρήσης μεγάλων κεραιών για να πλημμυρίσει μια περιοχή με πολλή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία – αυτό θα μπορούσε να εξουδετερώσει τα σχετικά ασθενή ραδιοσήματα που συνήθως στέλνουν και λαμβάνουν οι δορυφόροι επικοινωνιών.

Ορισμένοι ενδέχεται να έχουν αποκλειστικά κατά νου τέτοιες αναταραχές. Το 2019 ο τότε πρόεδρος Donald Trump εξέδωσε υπόμνημα στο οποίο δήλωνε ότι τα διαστημικά συστήματα με πυρηνική ισχύ ήταν «ζωτικής σημασίας» για την κυριαρχία της Αμερικής στο διάστημα. Σε αυτή και σε επόμενες προεδρικές ενέργειες, ο κ. Trump απλοποίησε τους κανονισμούς.

Ο διάδοχός του, Joe Biden, δεν άλλαξε πορεία, τροφοδοτώντας την επακόλουθη έρευνα και ανάπτυξη τόσο στον κυβερνητικό όσο και στον ιδιωτικό τομέα.

satellite 1030779 1280
@PIXABAY | Economist | Γιατί το διάστημα πρόκειται να εισέλθει στην πυρηνική εποχή

Το μέλλον ανήκει στους τολμηρούς

Το ενδιαφέρον για την πυρηνική ενέργεια δεν προέρχεται όλο από τις ένοπλες δυνάμεις. Η NASA, που μια μέρα επιθυμεί να στείλει αστροναύτες στον Άρη, μελετά την ηλεκτρική πρόωση με αντιδραστήρες κι εργάζεται κι αυτή  σε ένα σχέδιο για την ανάπτυξη πυρηνικής θερμικής πρόωσης.

Το δεύτερο σύστημα ονομάζεται PADME – Power-Adjusted Demonstration Mars Engine- και το πρωτότυπό του έχει προγραμματιστεί να δοκιμαστεί το 2026.

Το PADME θα ζυγίζει περίπου 3,5 τόνους και, μόλις τεθεί σε τροχιά, θα είναι σε θέση να επιταχύνει ένα μεγάλο διαστημικό σκάφος στα 12 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο σε περίπου 15 λεπτά. Ένα τέτοιο σκάφος θα μπορούσε να φτάσει στον Άρη σε λιγότερο από έξι μήνες, τρεις μήνες λιγότερο από ό,τι με χημική πρόωση.

Η NASA θέλει να το δοκιμάσει σε μια πιθανή αποστολή φορτίου στον Άρη τη δεκαετία του 2030. Μέχρι το τέλος αυτής της δεκαετίας, η NASA επιθυμεί επίσης ένα πυρηνικό εργοστάσιο για την τροφοδοσία μιας βάσης στη Σελήνη.

Οι προτάσεις για μια εγκατάσταση «ενέργειας επιφανειακής σχάσης» ισχύος δέκα κιλοβάτ αναμένονται να υποβληθούν στη διαστημική υπηρεσία μέχρι τα μέσα Φεβρουαρίου.

Όλα αυτά σημαίνουν ότι, με τον έναν ή τον άλλο τρόπο, το διάστημα εισέρχεται στην πυρηνική του εποχή.

NET ZERO SPACE INITIATIVE 1
Economist | Γιατί το διάστημα πρόκειται να εισέλθει στην πυρηνική εποχή

© 2021 The Economist Newspaper Limited. All rights reserved.Άρθρο από τον Economist το οποίο μεταφράστηκε και δημοσιεύθηκε με επίσημη άδεια από την www.powergame.gr Το πρωτότυπο άρθρο, στα αγγλικά βρίσκεται στο www.economist.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.