小型原子炉 - 月面基地のエネルギーソリューション

他の多くの SF 映画と同様に、テレビシリーズ「スペース 1999」は 1970 年代に初公開され、大ヒットしました。この映画は、核爆発によって月が地球の軌道から外れ、アルファ・ムーン基地とそこで活動する科学者たちが深宇宙へのエキサイティングな冒険に旅立つという物語です。

確かにこの映画は若きイーロン・マスクに印象を残した。 2017年、スペースXの将来の月面基地計画を構想していたとき、マスク氏はその基地をアルファと名付けた。 SpaceXは現在、アルテミス計画の一環としてNASAと協力し、人類を再び月面に帰還させる取り組みを進めている。

NASAと米国国務省は、アルテミス協定の形で月の平和探査に関する包括的なガイドラインを発行した。これまでにインド、日本、英国、カナダ、オーストラリア、アラブ首長国連邦、韓国を含む36カ国が参加している。

中国は月面基地建設競争でも先頭に立っている。このうち、2021年に設立される国際月研究ステーションには現在、ロシア、ベラルーシ、パキスタン、アゼルバイジャン、ベネズエラ、エジプト、南アフリカが協力している。

観測者らは、どの同盟国が月面に最初の基地を建設するにせよ、信頼できるエネルギー源が必要になるだろうと述べている。世界中で、多くの企業や宇宙機関が同様の結論に達しています。

「実のところ、月面基地の電力供給には原子力が唯一の選択肢だ」とウェールズのバンガー大学原子力未来学部のサイモン・ミドルバーグ氏は強調した。

月の 1 日は地球のように 24 時間ではなく、1 か月、つまり正確に 29.5 日間続きます。実際には、2 週間は日が照り、その後 2 週間は暗闇が続き、気温は摂氏 -130 度に達します。

このため、1969年から1972年にかけてのアポロ計画はすべて、気温が管理可能で、長時間の太陽光によって科学機器や探査機に電力を供給できる満月の日に、月の赤道付近で実施されました。

最も有望な基地立地である月の南極では、特定の場所が 80% 以上の時間太陽に照らされます。しかし、永久影になっているクレーターでは、凍った水が存在するため、気温がさらに下がる可能性がある。この水は宇宙飛行士の生命維持に必要なだけでなく、月にはガスも石油もないので燃料を生産するためにも必要です。

「月で興味深いのは核エネルギーだけだ。そこには燃料を補給できません。ソーラーパネルは機能しません。 「ディーゼル発電機は機能せず、旧式の無線熱発電機は電力を生成するには大きさが足りない」とミドルバーグ氏は語った。

1969 年、アポロ 11 号で初めて放射性同位元素熱発生装置が月面で使用され、放射性プルトニウム 238 の崩壊によって発生する熱を利用して科学機器を動作温度に保ちました。アポロ12号では、この熱が電気に変換され、機器パッケージに電力を供給しました。これは、地球規模ではないものの、月面での原子炉の最初の使用となりました。この円筒形の発電機の大きさはわずか 45.7 x 40.6cm です。

超小型原子炉は、384,400km輸送され、侵入する微細な塵や岩石の覆いを含む月面の極めて過酷な環境で使用できるように設置できるほど軽量かつ頑丈でなければならない。

2022年、NASAはロッキード・マーティン、ウェスティングハウス、IXと契約を結び、インテュイティブ・マシーンズおよびX-エナジーと提携して月面での原子炉の開発に着手した。

第一段階は2月に完了し、少なくとも10年間は​​月面基地を維持できる原子炉の設計が提示された。

「パイオニア、ボイジャー、カッシーニなど過去の宇宙ミッションで原子力技術を使用しており、これらのシステムは当初の設計寿命をはるかに超えているため、私たちは自信を持っています」とNASAジョンソン宇宙センターの月面建築主任、シャテル・バクタ氏は語った。

彼によれば、過酷な環境、質量と容積を最小限に抑えるという要望、高い信頼性、そして乗組員の安全を守るための継続的な電力供給の確保などが、月面の原子炉の設計に考慮された要素の一部だという。さらに、地球からの距離が遠く、通信が遅れるため、システムは人間の介入を最小限に抑えて自動化されるように設計する必要がありました。

一方、ロシアの宇宙機関ロスコスモスは3月、中国国家宇宙局と共同で月面基地の電力供給のため、2035年までに月面に原子炉を建設すると発表した。

ロスコスモスのユーリー・ボリソフ事務局長はロシア国営メディアに対し、基地は「人間の立ち入りなしで」建設されると語った。

英国宇宙庁はまた、月着陸船の原子炉の設計のために新たに360万ドルの助成金を発表した。ロールス・ロイス社は60年以上にわたり、英国海軍の潜水艦用の原子炉の設計、製造、サポートをひっそりと続けてきました。

「当社は非常にコンパクトな原子炉を提供してきた長い伝統を持っています」とロールス・ロイス社の新原子力プログラムの主任エンジニア、ジェイク・トンプソン氏は語った。そこで私たちは、その能力を宇宙探査のような本当にエキサイティングな新しい分野に持ち込んでいます。」

ロールスロイス社のマイクロリアクタープログラムは現在コンセプト開発段階にあります。このテストはプロトタイプ部品に対して行われており、2029年までに月に送る準備の整ったモデルを作成することが目標です。

「これらは核分裂ベースの原子炉システムなので、低濃縮ウランを使用します。私たちは、これらのシステムがどのような外観になるか、そして特に宇宙に関しては、重量がどれくらいになるかについて、かなりよくわかっていました。 「ロールスロイス社のマイクロリアクターはそれぞれ50～100kWの電力を生成し、少なくとも10年間稼働します」とトンプソン氏は語った。

それは月面の建築とインフラのニーズ次第だが、南極に太陽光発電で補完された数基の原子炉を備えたマイクログリッドを構想していると彼は述べた。

同氏によると、マイクロリアクターはファミリーカーほどの大きさで、重量は数トンになるという。原子炉としてはこのサイズは極めて小さいです。しかし、宇宙システムとしては、まだ比較的大きいです。ロールス・ロイス社のプロジェクトに協力している原子力未来研究所を含む多くの組織は、原子炉の小型化を設計成功の「鍵」とみなしている。

「打ち上げを含め、あらゆる面で安全である場合にのみシステムを配備し、原子炉は実際に月面に到達した時にのみ作動するように設計されている」と彼は語った。原子炉が稼働する前は、原子炉内の核燃料は不活性状態にあります。原子炉が稼働するまでは、それを手に持ったり触ったりしても完全に安全であり、放射能を帯びません。」

設計プロセスの一環として、エンジニアはこれらのマイクロリアクターの寿命終了プロセスも検討しています。

「月面原子炉のミッションが完了したら、原子炉を停止し、放射線レベルを徐々に下げて、必要に応じて原子炉にアクセスし、安全かつ長期保管場所に移送できるようにします」とバクタ氏は述べた。

これらの技術を完成させるには資金と時間が必要ですが、月面マイクロリアクターの設計は、既存の発電所よりもはるかに小型化が可能な柔軟なエネルギーモジュールから核医学まで、地球にまで応用できる可能性があります。

宇宙と地球の技術に強気なミドルバーグ氏は、人類には原子力復興のための十分な時間があったが、原子力が安全で、供給時点で炭素を排出しないということを実証する機会が必要だと語った。

「原子力発電が予定通りに予算内で実現でき、世界を救うような興味深い有用なことを実行できることを人々に示すことができれば、その応用は素晴らしいものになるだろう」と彼は語った。