چرا فضا در آستانه هسته خاص خود را دارد؟

در رفتندر نوامبر سال گذشته، روسیه یک هواپیمای بدون سرنشین را منفجر کرد و ترک ها را ایجاد کرد که برای چندین دهه در گردش بودند. اولین آزمایش موشکی با قابلیت «صعود مستقیم» اولین آزمایش برای روسیه بود و آزمایش زرادخانه مشابه آزمایشی بود که هر سال توسط چین انجام می شد که ابری ماندگار را از زابالا ایجاد می کرد. هند و ایالات متحده نیز قبلاً ماهواره های غیرفعال داشته اند، اگرچه خوشبختانه این اقدامات برای مدت طولانی بدون ایجاد زباله های فضایی مرتبط بوده است.

بر اساس گزارشی در اکونومیست، همه این تلاش ها زیر نظر وزارت دفاع ایالات متحده به دلیل انفجارهای احتمالی ماهواره های حیاتی در جنگ انجام می شود. بنابراین، پنتاگون می خواهد نسل بعدی ماهواره ها قدرت کافی برای فرار از حملات را داشته باشند. پنتاگون معتقد است که پاسخ و راه حل در نیروی هسته ای نهفته است.

پروژه های تحقیقاتی دفاعی پیشرفته (دارپا) وابسته به وزارت دفاع ایالات متحده، فناوری موسوم به “کلاهک هسته ای پیشرفته” را آزمایش خواهند کرد. فضاپیمای دارپا با مشارکت شرکت های آمریکایی از جمله بلو اوریجین، جنرال اتمیکس و لاکهید مارتین یک راکتور هسته ای کوچک را حمل خواهد کرد. در داخل، هشت رآکتور اورانیوم برای تولید گرمای شدید توزیع شده است. این گرما توسط مایع هیدروژنه شده از مخزن به جو جذب می شود.

هیدروژن که در دمای زیر منفی 4 درجه سانتیگراد ذخیره می شود، با سرعت گرم شدن همراه است و با آزاد شدن گاز گرم شده از پشت جو، انرژی آزاد می شود.

چنین فضاپیما می تواند ظرفیت چند ساعته را به مدار ثابت نزدیک زمین در فاصله 5 کیلومتری برساند. چند روز طول می کشد تا یک انسان از یک موشک معمولی برای سوخت استفاده کند؟ به دلیل فراوانی انرژی هسته ای بین ماهواره ها، تعیین اینکه چرا مسیر حرکت می تواند آنقدر تغییر کند که غیرقابل پیش بینی باشد، دشوار است.

دارپا در یک بیانیه مطبوعاتی اعلام کرد که هدف از برنامه DRACO این است که یک سیستم کلاهک های هسته ای پیشرفته (NTP) را در مداری نزدیک به مدار زمین در یک سال نشان دهد و این امکان را برای ما فراهم کند که در نیمه راه منظومه شمسی سفر کنیم. با توجه به اینکه کلاهک های هسته ای هرگز در فضا آزمایش نشده اند، این جدول زمان بالایی است.

محدودیت های سیستم های الکتریکی و شیمیایی به این معنی است که آنها ممکن است نتوانند به همان سرعتی که برای سفر به سایر نقاط جهان نیاز دارند سفر کنند.

واحد نوآوری دفاعی پنتاگون (DIU) در حال اجرای طرح هسته ای دامنه است. در 9 سپتامبر، همان درخواست برای پیشنهاد سیستم های هسته ای به ماهواره های منتشر شده ارسال شد. شرکت هایی که ایده های خود را مطرح می کنند باید به یک شرط مهم احترام بگذارند: آنها باید از فناوری پیشرفته انرژی حرارتی که دارپا در حال حاضر روی آن کار می کند اجتناب کنند.

آنها باید بتوانند برای سه تا پنج سال سابقه ایجاد کنند و یک برنامه معتبر برای آزمایش داشته باشند. در میان ده پیشنهاد کشف شده توسط واحد نوآوری دفاعی پنتاگون، اولین دو برندی است که اواخر این ماه معرفی خواهند شد.

رایان وید، کاپیتان نیروی هوایی ایالات متحده، به پنتاگون در مورد یک برنامه دفاعی جدید دستور داده است که پیشنهادات پیشنهادی منحصر به فرد در نظر گرفته شود. بخش‌هایی از راکتورها با هسته ترکیب می‌شوند، اما برای گرم کردن هیدروژن مایع، از گرما برای تولید الکتریسیته استفاده می‌شود که سپس مانند یک رسوب روی گاز عمل می‌کند و باعث ایجاد بار می‌شود و به دلیل وجود میدان الکتریکی نیست. آنها یک تخلیه و یک نیروگاه ایجاد می کنند.

تک شاخ ایده جدیدی نیست، اما یک راکتور هسته ای می تواند الکتریسیته زیادی تولید کند تا حتی انرژی بیشتری در مقایسه با یک پنل خورشیدی بزرگ تولید کند. کاهش و از کار انداختن ماهواره های بدون پنل های خورشیدی برای اهداف نظامی و همچنین برای دشمنان دشوار خواهد بود.

بسیاری از نمونه های اولیه انرژی هسته ای قابلیت استفاده در نیروگاه های هسته ای را دارند. کیت های فضایی حداقل یک نفر وزن دارند، بنابراین انرژی را فقط برای ماهواره های بزرگ تامین می کنند.

پیشنهادات دیگر برای ژنراتورهای رادیو ایزوتوپ ترموالکتریک (RTGs) است. باتری یک نیروی اتمی است که با پاشش گرما، هسته های حاصل از الکتریسیته را تبدیل می کند.

نوع RTG باتری اتمی با استانداردهای اتمی ساده است. اکثر این باتری ها از ترموکوپل ها برای تبدیل گرمای تولید شده از پاشش انرژی هسته ای به انرژی الکتریکی بالقوه استفاده می کنند. مواد محافظ موجود در محوطه از ترموکوپل های اطراف دیوار و سایر ترموکوپل های متصل به خنک کننده محافظت می کند. پاشش سوخت های هسته ای گرما تولید می کند که از طریق ترموکوپل، جریان خنک کننده و جریان الکتریکی تولید می کند.

این نوع “باتری هسته ای” اصطلاحی است که برای تامین انرژی فضایی که در اعماق فضا مورد استفاده قرار می گیرد، بخصوص زمانی که انرژی ضعیف است، استفاده می شود. RTGها به جای ساختن یک راکتور هسته ای، از ترموکوپل ها برای تولید گرمای متوسطی استفاده می کنند که با انتشار ایزوتوپ های رادیواکتیو آزاد می شود.

پلوتونیوم-3 محصول توسعه تسلیحاتی توسط ناسا برای تامین انرژی برای وویجر و وویجر است که هنوز در حال کار هستند و هنوز در اطراف مریخ کار می کنند، که در حال حاضر در اطراف مریخ استفاده می شود. با وجود این، پلوتونیوم-1 بسیار تنظیم شده است و ذخیره کمی دارد و با نیمه عمر 1.5 سال، گرمایی که از آن رادیواکتیویته تولید می کند در یک دوره زمانی طولانی پخش می شود. در نتیجه، توان دفاعی پنتاگون با کمبود نیمه عمر و دمای بالا به پایین ترین حد خود رسیده است.

کابالات – 1 با نیم سن 1.2 سال، کاندیدای این شغل است و به صورت تجاری موجود است. تنها هدف دفاعی پنتاگون تامین برق RTG برای ارتش و همچنین تجهیزات الکترونیکی برای هوانوردی و ماهواره هایی است که اندازه یک ماشین لباسشویی را فراهم می کند.

به هر حال، فرستادن راکتورهای هسته ای به فضا به فضا معیار ایمان است؟ ناتان گرینر، سرگردان نیروی هوایی ایالات متحده که برنامه دارپا را هدایت می کند، می گوید یکی از متداول ترین مشاهدات و سؤالاتی که در مورد آن مطرح می شود، احتمال وقوع انفجار در پرواز فضایی دراکو است. او می گوید که خطر چنین رویدادی بیشتر از انفجار یک شهاب سنگ معمولی است، راکتور در آن نقطه روشن نمی شود و سوخت اورانیوم هیچ خطر رادیولوژیکی ایجاد نمی کند.

با این حال، داشتن یکی از آنها هنوز از توان یک فرد معمولی خارج است. آب می‌تواند باعث واکنش هسته‌های زنجیره‌ای شود که اورانیوم را در این هشت مولکول آزاد می‌کنند و نوترون‌ها را آزاد می‌کنند که می‌تواند به مولکول‌های اورانیوم بیشتر منجر شود.

اگر این واکنش زنجیره ها را کنترل نکند، زنجیره ذوب می شود. بنابراین، دراکو در گناهی گرفتار شده است که حتی اگر در ورطه فرو برود، عناصر محدود شده به جای خود عنصر سوراخ باقی می مانند. حفره در راکتورهای هسته ای برای اصلاح یا حتی توقف ترک خوردگی هسته استفاده می شود.

خطر ورود مجدد دیگر تصادفی است. اتحاد جماهیر شوروی حداقل دو موشک جاسوسی با راکتورهای هسته ای برای تولید انرژی پرتاب کرده است. در یک حادثه، راکتوری به نام کیهان ۲ در پایان ماموریت خود نتوانست به اندازه کافی صعود کند و در یک مدار دفع شد.

در زمانی که کاسموس در سال 6 پس از میلاد “یک درهم” را از دست می داد، راه خود را از طریق سرزمین کانادا گم کرد. تابیتا دودسون، مهندس ارشد می گوید: «برای جلوگیری از حادثه مشابه، راکتور هسته ای دارپا در مدارهای پایین پرواز نمی کند.

برای مدت طولانی، دانشمندان معتقد بودند که برای اینکه یک رآکتور هسته ای بتواند موشک شود، باید با سوخت بر اساس اورانیوم خود کار کند. به عنوان مثال، سوخت کیهانی “شوروی، اورانیوم” با درجه غنی از غنی سازی، درصد مواد مشابه مورد استفاده در بمباران اتمی هیروشیما در سال هشتم بود.

ناظران دقیق مجبور به استفاده از چنین سوخت هایی برای استفاده مضاعف از دانشمندان با بوروکراسی سختگیرانه، تاخیرهای طولانی مدت و خطرات نرم شدن راکتورهای هسته ای هستند.

با وجود این، مدل‌سازی نظرات بهتر در سال‌های اخیر این امکان را برای دانشمندان فراهم کرده است که رآکتورهایی را طراحی کنند که از اورانیوم در این سوخت‌ها با غنی‌سازی کمتر از 3 درصد استفاده می‌کنند. این میزان غنی سازی اورانیوم بسیار کمتر از نیاز غنی سازی اورانیوم برای سلاح های هسته ای است. بنابراین، محدودیت های دولتی در استفاده از اورانیوم با سختی کمتری همراه خواهد بود.

ایالات متحده در تلاش برای توسعه فضایی تنها نیست. چین و روسیه همچنین در حال گسترش توانایی های هسته ای خود برای گسترش به فضا هستند و اخیراً در سال های اخیر تسلیحات هسته ای را از شاتل های فضایی ساخته و آزمایش کرده اند. روسیه در حال برنامه ریزی فضایی به نام زئوس است که به راکتورهای هسته ای مجهز خواهد شد. آژانس فضایی روسیه (روسکوموس) امیدوار است هر پنج سال یک بار این فضاپیما را به فضا پرتاب کند.

پنتاگون در زمینه انرژی هسته ای تنها نیست. ناسا همچنین مشتاق است فضانوردانی را برای مطالعه توسعه کلاهک های هسته ای به مریخ بفرستد. سیستم دوم به نام موتور مریخ یا PADME-Power نامگذاری شده است و اولین نمونه در سال جاری آزمایش خواهد شد.

PADME تقریباً 1.2 تن وزن دارد و می تواند یک بار در مدار با یک فضاپیمای بزرگ در فاصله 5 کیلومتری در فاصله 1 دقیقه شتاب بگیرد. ناسا می خواهد آنها را به مأموریتی بفرستد تا هر شش سال یک بار محموله احتمالی را روی مریخ آزمایش کند.

در پایان روز، ناسا همچنین می خواهد یک نیروگاه هسته ای با ماه کامل توسعه دهد. پیشنهادهای تولید 2 کیلووات برق در فضا بلافاصله توسط سازمان فضایی دریافت می شود. به این معناست که فضا وارد عصر خودش شده است.