Китайская космическая программа перейдет на ядерную энергию для будущих полетов на Луну и Марс

По словам исследователей, разработка прототипа мощного ядерного реактора для космической программы завершена, и некоторые компоненты уже изготовлены.

Реактор может генерировать один мегаватт электроэнергии, что в 100 раз мощнее, чем аналогичное устройство, которое Nasa планирует установить на поверхности Луны к 2030 году.

Проект был запущен при финансировании центрального правительства в 2019 году. Хотя технические детали и дата запуска не были раскрыты, недавно был завершен инженерный дизайн прототипа установки и изготовлены некоторые критические компоненты, сообщили на этой неделе двое ученых, принимавших участие в проекте.

Для Китая это амбициозный проект с беспрецедентными задачами. Единственное публично известное ядерное устройство, которое Китай отправил в космос, — это крошечная радиоактивная батарея на "Юйту-2", первом луноходе, который приземлился на обратной стороне Луны в 2019 году. Это устройство могло генерировать лишь несколько ватт тепла, чтобы помочь луноходу во время долгих лунных ночей.

По мнению китайских исследователей, химического топлива и солнечных батарей будет уже недостаточно для удовлетворения потребностей человека в освоении космоса, который, как ожидается, значительно расширится, и на повестке дня появятся поселения людей на Луне или Марсе.

"Ядерная энергия - это самое перспективное решение. Другие страны приступили к реализации амбициозных планов. Китай не может позволить себе проиграть в этой гонке", — сказал один из исследователей Китайской академии наук, попросивший не называть его имени, поскольку он не уполномочен говорить с прессой.

В последние дни своего правления бывший президент США Дональд Трамп подписал указ об ускорении применения ядерной энергии в гражданских и военных космических программах США. Недавно Nasa открыла конкурс для частных подрядчиков на разработку 10-киловаттного устройства ядерного деления, которое могло бы обеспечить устойчивое присутствие человека на Луне в течение десятилетия.

Россия объявила о плане запуска до 2030 года огромного космического корабля, работающего на энергии мегаваттного ядерного реактора ТЭМ. Ядерная энергия позволит космическому аппарату работать более десяти лет на нижней орбите Земли, выполняя дополнительные миссии на Луну или за ее пределы.

Европейское космическое агентство запустило аналогичный проект "Democritos" с космическим реактором мощностью 200 кВт, который будет испытан на Земле к 2023 году.

Первым ядерным энергетическим устройством на орбите был SNAP-10A, запущенный США в 1965 году. Устройство вырабатывало 500 ватт электроэнергии в течение месяца, после чего было окончательно остановлено.

Одной из основных проблем для китайского мегаваттного космического реактора является технология охлаждения, говорится в статье проектной группы под руководством Цзян Цзекиона, профессора Института технологий ядерной безопасности Китайской академии наук в Хэфэе. Работа была опубликована в рецензируемом журнале China Basic Science в июне.

Только часть тепла, вырабатываемого реактором, будет использоваться для производства электроэнергии, остальная часть должна быстро рассеиваться в космосе, чтобы избежать расплавления. По словам Цзян и ее коллег, для решения этой проблемы в реакторе будет использоваться складная конструкция, такая как зонтик, чтобы увеличить общую площадь поверхности радиаторов отходящего тепла.

Благодаря своим компактным размерам космический реактор будет работать при температуре намного выше, чем на Земле (вероятно, 2000 градусов Цельсия в активной зоне). Для повышения эффективности выработки энергии в нем будет использоваться жидкий литий в качестве теплоносителя.

Но при температуре ниже 180 градусов Цельсия литий становится твердым, что является еще одним препятствием, которое китайская команда должна преодолеть.

На земле атомная электростанция проходит техобслуживание каждые несколько лет. Некоторые компоненты необходимо заменять из-за эрозии, вызванной радиоактивной средой. Материалы и оборудование космического реактора должны соответствовать гораздо более высоким стандартам, чтобы удовлетворять требованиям долгосрочных космических полетов, считают исследователи.

Китайское правительство и военные финансируют многочисленные программы по разработке космических ядерных реакторов с различными техническими подходами, согласно исследованию космического ученого Чжан Цзе из Шанхайского института космического движения, опубликованному в прошлом месяце в журнале Journal of Rocket Propulsion.

Вместо того чтобы строить один большой реактор, некоторые исследовательские группы разрабатывали устройства с меньшей мощностью. Эти крошечные модули легче строить, и их можно собрать в большую машину с мощностью в несколько мегаватт, достаточной для запуска больших ионных двигателей для отправки космонавтов на Марс.

Китайские космические власти еще не определились со своим подходом. По мнению Чжана и его коллег, решение может представлять собой комбинацию нескольких различных технологий.

По их словам, несмотря на то, что Китай с опозданием включился в ядерную гонку в космосе, у него есть ряд преимуществ.

"У Китая есть полная промышленная цепочка для самостоятельного производства всех специальных компонентов с использованием сложных производственных технологий", — говорится в статье Чжана и его коллег.

В то время как строительство атомных электростанций во всем мире сокращается, Китай строит новые станции быстрее, чем любая другая страна - семь или восемь реакторов в год, причем некоторые из них используют самые передовые технологии в мире, такие как ториевое топливо и высокотемпературный газ. Такой рост инфраструктуры может дать Китаю преимущество в плане научных данных и талантов.

Но секретность, окружающая большинство китайских программ по созданию космических ядерных реакторов, означает отсутствие государственного регулирования или закона о том, как навести порядок после аварии, например, отказа охлаждения на орбите или неудачного запуска.

"Необходимо срочно создать систему оценки и управления безопасностью, соответствующую технологическому статусу нашей страны, повысить прозрачность хода исследований и разработок, чтобы уменьшить беспокойство широкой общественности", — сказал Чжан.