На днях на Geektimes была опубликована статья о космическом реакторе Kilopower, разработанном агентством NASA. Реактор преобразовывает тепло в электроэнергию, использовать его можно как на других планетах, так и в открытом космосе. Агентство долгое время работает над своим проектом и сейчас он уже вошел в заключительную стадию. Были проведены разного рода проверки и испытания, после чего уже ни у кого не остается сомнений в том, что реактору — быть.

Событие значимое без всяких «но». За предыдущие 40 лет ни один из проектов гражданского космического реактора (а их было немало) так и не был запущен в рабочем режиме. Тем не менее, впереди у участников проекта еще немало работы. Есть и проблемы, большинство из которых вроде бы решаемы. Но одна из проблем не особо озвучивается. А именно — что делать с радиоактивными отходами, образующимися в процессе работы реактора?

Их немного, это, конечно, не отходы со средней руки АЭС, но они есть, и если реакторов будет несколько, то радиоактивный «мусор» надо будет каким-то образом утилизировать. Сам реактор по размеру не превышает холодильник, он может служить заменой РИТЭГ или же работать в качестве источника энергии для нужд колонии — лунной, марсианской или какой-нибудь еще.


Работать реактор способен около 10 лет, на протяжении всего этого времени вырабатывая энергию. Для того же Марса это отличное решение, ведь солнечные элементы не работают ночью, да и панели постепенно загрязняются мельчайшей пылью, что приводит к снижению объема вырабатываемой энергии.

А если есть энергия, ее можно пустить на получение нужных для астронавтов элементов, включая водород и кислород. Их можно добывать путем обычного электролиза из растопленного льда, которого немало в высоких широтах Марса.


Отличная иллюстрация, демонстрирующая, как может выглядеть мини-АЭС на Марсе. Проблема только в том, что 4 реактора будут давать в 4 раза больше радиоактивных отходов, чем один

Для выработки энергии будет использоваться уран-235, размещаемый в ядре реактора. Размещать системы, скорее всего, будут вне поселений, чтобы если что-то пойдет не так, сооружения и люди остались невредимыми. На Земле отходы реакторов обычно хранятся в специализированных местах, «кладбищах» ТВЭЛов. Это бункеры с особыми условиями хранения радиоактивных материалов, рассчитанные на тысячи и тысячи лет.

Но вряд ли у колонии на Луне или Марсе будет возможность создавать такие хранилища. А складировать радиоактивные отходы где-то неподалеку от поселения тоже не вариант. Может быть, их будут отвозить за десятки километров от колонии и складировать в лавовых трубках (на Луне такие есть) или просто оставлять на поверхности. Что на Луне, что на Марсе очень холодно, так что хотя бы с охлаждением нагревающихся отходов проблем не будет.

Но все это — догадки. У NASA пока нет четкого плана утилизации радиоактивных отходов, так что можно лишь обсуждать эту тему. Возможно, агентство не занимается этим потому, что сам реактор еще нигде не используется. Доказана лишь его работоспособность — и только. А вот когда люди отправятся на Луну и Марс, тогда можно будет снова поднять этот вопрос.



Кстати, если вы думаете об отправке отходов в космос, включая Солнце, то пока что это не лучшая идея. В 70-х годах прошлого века сотрудники NASA изучили эту тему, и пришли к выводу, что в настоящий момент это непрактично и попросту опасно. Для отправки отходов в космос нужно много времени, денег, усилий инженеров и ученых. И в таком способе слишком много моментов, когда что-то может пойти не так. Неправильная орбита — и радиоактивная масса несется к Земле и входит в атмосферу, загрязняя все, что ниже, радиоактивностью. Да и просто летающая в открытом космосе куча радиоактивных материалов, траектория которой мало предсказуема — то еще удовольствие.

Вероятно, в ближайшем будущем NASA все же придется заняться указанной проблемой и ее решением.


Комментарии (49)


  1. shadovv76
    07.05.2018 12:29

    не раскрыто, почему на Солнце нельзя направить…


    1. max1muz
      07.05.2018 12:39

      Написано ж — любая неполадка в КА и радиоактивный мусор болтается на случайной орбите, или падает на Землю, другие планеты.


      1. shadovv76
        07.05.2018 12:59

        вот именно это и не раскрыто…
        причем тут Земля? речь идет про космос и Марс.
        про Венеру и Меркурий переживать смешно
        неполадки естественно возможны, но для этого и есть резервирование критических систем.
        все объекты нашей системы закончат на солнце :)
        толкнуть в сторону светила со второй космической Марса во время расчетного окна (чтобы не пересечься с внутренними объектами), гораздо проще чем попасть в Плутон.


        1. max1muz
          07.05.2018 14:22

          Речь идет и про Луну. Сколько ни дублируй, вероятность отказа основных систем будет всегда. Вот сломается у вас двигатель во время набора второй космической, или из-за ошибки навигации окажется что недостаточно топлива, что делать будете?
          У вас опасный аппарат на случайной эллиптической орбите. Если даже сейчас не пересекается ни с чем, то что будет в будущем, когда орбита изменится под влиянием какой-нибудь из близко прошедших планет.
          А если перигелий низко над Солнцем, то получим разрушение контейнеров и хоть слабенький, но радиоактивный шлейф.

          Проще на месте захоронить.


          1. balamutang
            07.05.2018 18:40

            дык например Космос-954 с ядерной энергоустановкой падал на Землю, это мы уже проходили. а тут при отправке в космос вероятность будет куда меньше


            1. NiTr0_ua
              07.05.2018 21:30

              тут еще дело в том, что реактор становится сильно радиоактивным только когда «включается». до того — немного «фонит».


    1. coturnix19
      07.05.2018 12:57
      +1

      было уже, давно в какой-то статье — дельта-v для «упасть на солнце» очень большое, дорого получается — дешевле на альфу центавра запустить. Хотя наверное с помощью хитрых маневров можно удешевить но это сложнее, а значит есть риск ошибиться и отправить нетуда.


    1. Norno
      07.05.2018 13:01
      +1

      Потому что это ОЧЕНЬ дорого. Намного проще улететь из солнечной системы чем упасть на солнце:
      — для того чтобы покинуть солнечную систему требуется набрать третью космическую скорость, при старте с Земли потребность в характеристической скорости равна ~16,6 км/с (оптимальный вариант);
      — а для того чтобы «упасть» на солнце, придется погасить орбитальную скорость Земли — 29,783 км/c.
      Почти вдвое больше (1.8).

      *Буду обновлять комментарии


      1. differentlocal
        07.05.2018 13:05

        Всю-то гасить зачем? У нас нет цели развернуть вектор орбитальной скорости, у нас есть цель закинуть мусор туда, где он будет безопасен.


      1. Lexxnech
        07.05.2018 15:21

        Ну, в принципе можно «упасть» на Солнце и с меньшими затратами Dv, правда с огромными временными затратами. Достаточно разогнаться почти до скорости убегания для Солнца (около 15 км/с) и далеко, где-нибудь в поясе Койпера, притормозить, сбросив скорость относительно Солнца до нуля. На практике, конечно же, это не слишком осмысленно.


        1. NetBUG
          07.05.2018 17:18
          +1

          Проще по пути в Юпитере утонуть будет, мне кажется.


      1. londom
        07.05.2018 18:47
        +1

        А почему именно на Солнце? Юпитер тоже хороший вариант, там естественная радиация такая что фонящий человеческий реактор песчинкой на фоне пустыни покажется.


      1. TheShock
        08.05.2018 00:25
        +1

        а для того чтобы «упасть» на солнце, придется погасить орбитальную скорость Земли — 29,783 км/c.

        Только если мы хотим
        упасть камнем


        1. TheShock
          08.05.2018 17:05

          Простите, картинка с Юпитером некорректная.

          вот корректная


      1. MagicWolf
        08.05.2018 16:19

        А почему не достаточно просто придать небольшой импульс в сторону солнца, оторвавшись от Земли?

        P.S. Вижу хороший ответ от TheShock.


        1. TheShock
          08.05.2018 17:02

          Рекомендую поиграть в KSP, множество вещей про орбитальную механику становятся значительно понятнее.


    1. black_semargl
      07.05.2018 16:20

      По дороге испарится и полетит назад.
      Лучше на Юпитер ронять.


    1. vikarti
      07.05.2018 19:00

      Хотя бы потому, что нужен неслабый dV.
      Если в лоб: взлет с Марс/Луны (3.55 км/с для Марса), гашение орбитальной скорости — 24 км/c для Марса (для Луны — 30 км/с земных)… Чем будем разгонять?
      Если не совсем в лоб — загнать за орбиту Плутона и погасить скорость ('переход через бесконечность') но на это тоже ~17 км/с уйдет. И лет так 30.
      (Смотрим например ту же книгу Левантовского (Механика космического полета в элементарном изложении). Она есть в сети (в djvu правда). )

      Оно того точно стоит? Особенно если альтернатива — сложить в соседний кратер на Луне(ну что с ним случится то? Атмосферы нет, гидросферы нет, террористов которые грязную бомбу захотят сделать — тоже нет. На Марсе да — все же атмосфера. Ну так бетоном залить и пусть лежит. Просто приближаться не надо.


    1. andrey_gavrilov
      08.05.2018 09:30

      я бы начал с вопроса «зачем увозить ОЯТ с Луны». С Луны, где они ни для кого никакой опасности не представляют, и, кроме того, доступны для будущей роботизированной переработки (с целью извлечения полезных «в народном хозяйстве» элементов).


  1. FaceHoof
    07.05.2018 12:30
    +4

    Я так и не понял почему нельзя просто свалить отходы в кучу в паре десятков километров от поселения? Марс ведь сам по себе очень радиоактивен (кстати, на сколько?). Неужели эта куча отходов окажет существенное влияние?


    1. Stawros
      07.05.2018 14:54

      Мне кажется, что для того, чтобы их просто свалить в кучу на поверхности, нужно быть уверенным в том, что контейнеры останутся герметичными в течение сотен, если не тысяч лет. Если они разрушаться через несколько десятков лет, то ветром их содержимое вполне себе может принести в поселение, даже за несколько десятков километров. Абразивные свойства марсианских пылевых бурь вряд ли велики, но если речь идёт о десятках лет это придется учитывать. Дополнительную обшивку делать никто не станет, а вот всякого рода естественные геологические образования, которые могут дать защиту различного рода воздействий (ветра, метеоритов) кажутся нормальным решением, если два стоящих рядом реактора из-за своего же фона (а они вообще фонят?) не могут само-ускориться. Главное чтобы эти геологические образования были на нужном расстоянии от планируемой базы.


    1. JediPhilosopher
      07.05.2018 14:56

      На Марсе вроде радиационный фон всего лишь в два раза выше чем на МКС. Неприятно и чревато повышенной вероятностью всяких раковых заболеваний в долгосрочной перспективе, но не смертельно. В отличие от кучи радиоактивных отходов под боком.


  1. bfDeveloper
    07.05.2018 12:44
    +2

    Что на Луне, что на Марсе очень холодно, так что хотя бы с охлаждением нагревающихся отходов проблем не будет.

    Совершенно неверно. Там как бы нет атмосферы (у Марса очень разреженная), тепло отводить некуда. Грунт — очень плохой проводник, сверху вакуум, так что греться будет.
    При этом я не понимаю проблемы. Отвезите подальше, да складируйте. В ближайшие сотни лет Марс не будет заселён хоть сколько-то плотно, чтобы такие склады представляли угрозу.


    1. killik
      07.05.2018 14:27

      С теплопроводностью атмосферы на Марсе все в порядке, примерно как у земной — 600 паскалей давления не дают проявиться эффекту термоса. На Луне охлаждение гораздо сложнее.


    1. don_ikar
      07.05.2018 23:01

      В ближайшие сотни лет Марс не будет заселён хоть сколько-то плотно, чтобы такие склады представляли угрозу.

      А потом?


      1. bfDeveloper
        07.05.2018 23:29
        +3

        А потом можно будет и нормальные захоронения устроить, как сейчас на Земле. Тем более, что всё короткоживущее распадётся и фонить будет уже не так сильно.


  1. SergeyMax
    07.05.2018 13:00

    А почему работать будет всего 10 лет? У 235 урана вроде бы период полураспада гораздо больше.


    1. dmitrodem
      07.05.2018 13:06

      так то ж спонтанный распад, на нем РИТЭГи работают. В реакторе немного не то — под действием нейтронов ядра урана разваливаются на примерно равные по размеру половинки + несколько более мелких осколков, в том числе пара-тройка нейтронов. Интенсивность процесса определяется интенсивностью облучения нейтронами.


      1. SergeyMax
        07.05.2018 13:26

        А, и действительно.


      1. andrey_gavrilov
        08.05.2018 09:33

        топлива в Kilopower больше, чем на 10 лет работы. Ограничения условные, оценка срока надежной работы двигателей Стирлинга/ тепловых трубок.


    1. blind_oracle
      07.05.2018 15:31

      Там по большей части грешат на механику двигателя Стирлинга — скорее всего он откажет первым.


  1. voyager-1
    07.05.2018 13:10

    Но одна из проблем не особо озвучивается. А именно — что делать с радиоактивными отходами, образующимися в процессе работы реактора?
    Проблема не озвучивается потому-что её нет: у нас на Земле реакторы затапливают в океане из которого потом рыбу вылавливают, а в начале космической эры выводили на низкую орбиту военные спутники с реакторами откуда они сейчас постепенно падают. Это не считая того что мы навзрывали в собственной атмосфере зарядов на несколько гигатонн — пара жалких реакторов на 10 кВт тут погоды не играет.

    Такой реактор изначально предлагают закапывать в нескольких стах метрах от базы, перед его включением. Всё что нужно в такой ситуации сделать чтобы решить проблему с ядерными отходами — это просто этот реактор потом не трогать.
    Для того же Марса это отличное решение, ведь солнечные элементы не работают ночью, да и панели постепенно загрязняются мельчайшей пылью, что приводит к снижению объема вырабатываемой энергии.
    Панели можно поставить на вибростенд или просто прикрепить щётки чтобы пыль стряхивать. Научная база ночью и не будет много потреблять — в случае с Марсом и электрических батарей на ночь будет вполне достаточно.


    1. Garbus
      07.05.2018 13:20

      Тут еще стоит уточнить момент — отсутствие агрессивной атмосферы. На том же Марсе нет дождика из весьма агрессивной воды, да и имеющаяся никак не будет взаимодействовать с реактором закопанным на десяток метров под поверхностью. На Луне так-же стоит закопать, но только от мелких метеоритов, крупный сам по себе «хороший» сюрприз для базы.


    1. shadovv76
      07.05.2018 15:04

      надо пометить :)
      а то будет как с эскимосами, они скот погибший от сибирской язвы хоронили в одном месте, а потом при возникновении промышленного интереса на него напарывались рабочие не зная обо всей опасности, а ведь сотни лет прошли, но в мерзлоте ничего не разрушается


      1. alexoron
        07.05.2018 18:20

        Бактерия туберкулёза до сих пор сохраняет свою живучесть в древнеегипетских мумиях.


  1. toivo61
    07.05.2018 18:47

    Реактор размером с холодильник и на Земле пригодиться.
    И как-то сразу «Город» Саймака вспомнился.


    1. andrey_gavrilov
      07.05.2018 22:58
      +2

      он «размером с холодильник» как электронные часы «размером с наручные часы» из анекдота про «два чемодана батареек».

      Даже не говоря про стирлинги и радиатор — Бог с ними, проблема в том, что у Kilopower нет биозащиты. Там биозащита сделана по принципу «просто поставь подальше».

      Что «немного» увеличивает условные габариты реакторной установки. До размеров защитной зоны, ага.

      Ну и вообще, мечты про «ух ты, такое и на Земле пригодится» (вариант — «ух ты, такое и в гражданке пригодится» (как, например, встречалось в комментариях к новости о крылатой ракете с неограниченной дальностью полета (с ЯЭУ)) — это не более, чем маниловщина, основанная на обывательских заблуждениях.

      Кроме просто _кучи_ всевозможных шоу-стопперов, назову один «очень Kilipower'овский». Этот реактор уникален тем, что, в отличие от многих прочих проектов он очень смел в тех местах, в которых обычно конструкторы не берутся рисковать. А именно а подвожу к тому, что у нем используется высокообогащенный уран, который на Земле привел бы к куче головняков из-за проблемы нераспространения.


  1. andrey_gavrilov
    07.05.2018 19:52

    Луна как раз один из самых вменяемых вариантов «космических захоронений», в отличие от Солнца etc. Имеются ввиду не только космические реакторы, но и ОЯТ с Земли, в фантастическом случае изобретения дешевого и достаточно безопасного (надежного) способа поднятия ОЯТ из гравитационного колодца Земли.

    В этом смысле реактор на Луне уже практически «там, где надо». (Самое страшное, что может случится — удар метеоритом, выносящий ОЯТ «куда угодно». От этого спасает заглубление).

    Луна — лучшее место хранения ОЯТ для «дождаться полной роботизации и технологий выделения всего, что мы пожелаем, из ОЯТ, через XXXXX лет», — ни атмосферы, ни гидросферы, спрятал подальше, и никаких забот. И самое удобное по соотношению «цена/ риски/ доступность» из всех прочих.


    1. arheops
      07.05.2018 21:38

      Самонагрев забыли. Неудобно охлаждать.


      1. andrey_gavrilov
        07.05.2018 22:47
        -1

        ух ты, сеанс чтения [невысказанных] мыслей на расстоянии, да еще и бесплатно! А успешные сеансы подобных чтений у вас бывают?

        С чего вы взяли, что я что-то забыл, чтобы говорить о моих внутренних процессах столь безапелляционно?

        Охлаждать чтобы _что_? Чего вы хотите добиться охлаждением ОЯТ на Луне, чего вы им желаете избежать? Максимум, что там _реально_ грозит чему-то за пределами площадки — это сублимация ПД с осаждением в окрестностях, но это решается и без заморочек с охлаждением, если что.


      1. differentlocal
        09.05.2018 18:09

        А зачем, простите?


  1. andrey_gavrilov
    07.05.2018 19:52

    P.S. Кстати, ограничения по времени работы у Kilopower — это «ограничения снизу», по механической части (по стирлингу и тепловым трубкам), не по ядерной.


  1. Wesha
    08.05.2018 00:41

    > если что-то пойдет не так

    У Вас опечатка в слове «когда».

    (Доказано Тримайл-айлендом, Чернобылем и Фукушимой.)


    1. andrey_gavrilov
      08.05.2018 09:35

      чушь же написали, неадекватное обобщение. «Беллона-стайл», как есть.

      Надежные системы делать _можно_. «Детские ошибки» обобщать до «это невозможно сделать» — неадекват.


      1. alexdora
        08.05.2018 11:31

        Знаете, я вспоминаю почему-то постройку Хаббл и последующую установку корректировочной линзы. Лучшие умы со всей планеты и бабла море, а в итоге сели в лужу. Отсюда я делаю вывод: Надежные системы делать можно, так же как невозможное возможно при наличии удачи


        1. andrey_gavrilov
          08.05.2018 15:42
          -1

          «Лучшие умы»? Правда? По каким критериям лучшие (точно в построении надежных систем, или таки нет?)? В чем лучшие, среди кого _лучшие_? По какой методике проводилась оценка?

          Какая именно куча бабла?
          Какая часть этого бабла пошла на то, чтобы «такой херни не было»?

          При чем тут пример Хаббла вообще?

          В целом вы пример детских рассуждений привели, ничего более. «В огороде бузина, в Киеве дядька» сплошное.

          И, ЧСХ, вас это не смутило.


      1. Wesha
        08.05.2018 16:20

        Нет, надёжные системы делать можно — инженеры их достаточно пристойно делают.


        Но потом приходят эффективные менеджеры, у которых горит дедлайн...


  1. saboteur_kiev
    08.05.2018 02:17

    Радиоактивность это же энергия?
    Почему нельзя придумать как ее можно переиспользовать?
    Пусть будет электростанция менее энергоэффективная, но для которой топливом будет эти радиоактивные отходы. В результате вместо утилизации — еще энергия.


  1. Schokn-Itrch
    08.05.2018 11:31

    Клинический бред. Как на поверхности лоббируются «экологические» источники энергии, так и за пределами пиарятся «единственно возможные».

    P.S. КПД даже древних солнечнх батарей на поверхности Земли и на поверхности Луны отличаются от десятков до сотен раз.