Nhìn về tương lai của việc thám hiểm không gian phi hành đoàn, rõ ràng NASA và các cơ quan không gian khác cần phải đáp ứng một số yêu cầu công nghệ nhất định. Không chỉ là một thế hệ mới của các phương tiện phóng và viên nang không gian cần thiết (như SLS và hành tàu vũ trụ), nhưng các hình thức sản xuất năng lượng mới là cần thiết để đảm bảo rằng các nhiệm vụ dài hạn đến Mặt trăng, Sao Hỏa và các địa điểm khác trong Hệ Mặt trời có thể diễn ra.
Một khả năng giải quyết những mối quan tâm này là Kilopower, một hệ thống năng lượng phân hạch nhẹ có thể cung cấp năng lượng cho các nhiệm vụ robot, căn cứ và nhiệm vụ thám hiểm. Phối hợp với Cơ quan An ninh Hạt nhân Quốc gia (NNSA) của Bộ Năng lượng, gần đây, NASA đã tiến hành trình diễn thành công hệ thống năng lượng lò phản ứng hạt nhân mới có thể cho phép thực hiện các nhiệm vụ phi hành đoàn trong thời gian dài tới Mặt trăng, Sao Hỏa và hơn thế nữa.
Được biết đến như là lò phản ứng Kilopower sử dụng thí nghiệm Công nghệ Stirling (KRUSTY), công nghệ này đã được công bố tại một cuộc họp báo gần đây vào thứ Tư, ngày 2 tháng 5, tại Trung tâm nghiên cứu NASA Glenn. Theo NASA, hệ thống năng lượng này có khả năng tạo ra tới 10 kilowatt năng lượng điện - đủ năng lượng cho nhiều hộ gia đình liên tục trong mười năm hoặc một tiền đồn trên Mặt trăng hoặc Sao Hỏa.
Như Jim Reuter, quản trị viên cộng tác diễn xuất của NASA cho Ban giám đốc sứ mệnh công nghệ vũ trụ (STMD), đã giải thích trong một thông cáo báo chí gần đây của NASA:
Năng lượng an toàn, hiệu quả và dồi dào sẽ là chìa khóa cho sự khám phá robot và con người trong tương lai. Tôi hy vọng dự án Kilopower sẽ là một phần thiết yếu của kiến trúc năng lượng mặt trăng và sao Hỏa khi chúng phát triển.
Hệ thống điện nguyên mẫu sử dụng lõi lò phản ứng uranium-235 rắn nhỏ và ống dẫn nhiệt natri thụ động để truyền nhiệt lò phản ứng sang động cơ Stirling hiệu suất cao, chuyển đổi nhiệt thành điện. Hệ thống năng lượng này phù hợp lý tưởng với các địa điểm như Mặt trăng, nơi phát điện sử dụng các mảng năng lượng mặt trời rất khó khăn vì đêm trăng tương đương với 14 ngày trên Trái đất.
Ngoài ra, nhiều kế hoạch thăm dò mặt trăng liên quan đến việc xây dựng các tiền đồn ở vùng cực bị che khuất vĩnh viễn hoặc trong các ống dung nham ngầm ổn định. Trên sao Hỏa, ánh nắng mặt trời dồi dào hơn, nhưng chịu sự điều chỉnh của chu kỳ và thời tiết trên hành tinh (như bão bụi). Do đó, công nghệ này có thể đảm bảo cung cấp năng lượng ổn định, không phụ thuộc vào các nguồn không liên tục như ánh sáng mặt trời. Như Marc Gibson, kỹ sư Kilopower hàng đầu tại Glenn, nói:
Cấm Kilopower cho chúng ta khả năng thực hiện các nhiệm vụ sức mạnh cao hơn nhiều, và khám phá các miệng hố tối tăm của Mặt trăng. Khi chúng ta bắt đầu gửi các phi hành gia ở lại trên Mặt trăng và tới các hành tinh khác, thì điều đó sẽ đòi hỏi một lớp sức mạnh mới mà chúng ta không bao giờ cần trước đây.
Thí nghiệm Kilopower được thực hiện tại Trang web An ninh Quốc gia Nevada (NNSS) của NNSA trong khoảng từ tháng 11 đến tháng 3 năm 2017. Ngoài việc chứng minh rằng hệ thống có thể sản xuất điện thông qua phân hạch, mục đích của thí nghiệm cũng cho thấy rằng nó ổn định và an toàn trong bất kỳ môi trường nào Vì lý do này, nhóm Kilopower tiến hành thí nghiệm theo bốn giai đoạn.
Hai giai đoạn đầu tiên, được thực hiện mà không có nguồn điện, đã xác nhận rằng mỗi thành phần trong hệ thống hoạt động đúng. Đối với giai đoạn thứ ba, nhóm nghiên cứu đã tăng sức mạnh để làm nóng lõi từ từ trước khi chuyển sang giai đoạn bốn, bao gồm thời gian chạy thử toàn bộ trong 28 giờ. Giai đoạn này mô phỏng tất cả các giai đoạn của một nhiệm vụ, bao gồm khởi động lò phản ứng, tăng cường toàn bộ sức mạnh, hoạt động ổn định và tắt máy.
Trong suốt quá trình thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã mô phỏng các lỗi hệ thống khác nhau để đảm bảo hệ thống sẽ tiếp tục hoạt động - bao gồm giảm công suất, động cơ bị hỏng và ống dẫn nhiệt bị hỏng. Trong suốt, máy phát điện KRUSTY tiếp tục cung cấp điện, chứng minh rằng nó có thể chịu đựng bất cứ điều gì thám hiểm không gian ném vào nó. Như Gibson đã chỉ ra:
Chúng tôi đặt hệ thống thông qua các bước đi của nó. Chúng tôi hiểu lò phản ứng rất tốt và thử nghiệm này đã chứng minh rằng hệ thống hoạt động theo cách chúng tôi thiết kế để nó hoạt động. Bất kể môi trường nào chúng ta tiếp xúc với nó, lò phản ứng hoạt động rất tốt.
Sắp tới, dự án Kilopower sẽ vẫn là một phần của chương trình Phát triển thay đổi trò chơi (GCD) của NASA. Là một phần của Ban giám đốc sứ mệnh công nghệ vũ trụ của NASA (STMD), mục tiêu của chương trình này là nhằm thúc đẩy các công nghệ không gian có thể dẫn đến các phương pháp hoàn toàn mới cho các sứ mệnh không gian trong tương lai của Agency. Cuối cùng, nhóm hy vọng sẽ thực hiện chuyển đổi sang chương trình Nhiệm vụ trình diễn công nghệ (TDM) vào năm 2020.
Nếu mọi việc suôn sẻ, lò phản ứng KRUSTY có thể cho phép các tiền đồn của con người vĩnh viễn trên Mặt trăng và Sao Hỏa. Nó cũng có thể cung cấp hỗ trợ cho các nhiệm vụ dựa vào Sử dụng tài nguyên tại chỗ (ISRU) để sản xuất nhiên liệu hydrazine từ các nguồn nước đá địa phương và vật liệu xây dựng từ regolith địa phương.
Về cơ bản, khi các sứ mệnh robot được gắn lên Mặt trăng để in 3D khỏi căn cứ địa phương, và các phi hành gia bắt đầu thực hiện các chuyến đi thường xuyên đến Mặt trăng để tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm (giống như ngày nay họ đến Trạm vũ trụ quốc tế), đó có thể là lò phản ứng KRUSTY cung cấp cho họ tất cả các nhu cầu sức mạnh của họ. Trong một vài thập kỷ, điều tương tự cũng có thể đúng với Sao Hỏa và thậm chí các vị trí trong Hệ Mặt Trời bên ngoài.
Hệ thống lò phản ứng này cũng có thể mở đường cho các tên lửa dựa vào lực đẩy nhiệt điện hạt nhân hoặc điện hạt nhân, cho phép các nhiệm vụ ngoài Trái đất vừa nhanh hơn và hiệu quả hơn về chi phí!
Và hãy chắc chắn thưởng thức video này của chương trình GCD, với sự giúp đỡ của NASA 360:
