Come un piccolo reattore nucleare potrebbe alimentare una colonia su Marte o oltre

di Patrick McClure e David Poston

Illustrazione dell'artista dei radiatori di calore a forma di ombrello di quattro reattori nucleari Kilopower che proiettano ombre sulla superficie marziana. Immagine: NASA

Quando immaginiamo di mandare gli umani a vivere su Marte, sulla luna o su altri corpi planetari in un futuro non così lontano, una domanda principale è: come potremo alimentare la loro colonia? Non solo avranno bisogno di energia per creare un ambiente abitabile, ma ne avranno anche bisogno per tornare sulla Terra. Per i corpi planetari distanti, come Marte, è inefficiente portare combustibile per il viaggio verso casa; è troppo pesante. Ciò significa che gli astronauti hanno bisogno di una fonte di energia per produrre ossigeno liquido e propellente.

Ma che tipo di fonte di energia è piccola ma abbastanza potente da alimentare in modo affidabile un habitat extraterrestre?

Inserisci Kilopower, un piccolo reattore nucleare progettato presso il Los Alamos National Laboratory in collaborazione con la NASA che l'agenzia spera un giorno di alimentare una colonia su Marte, sulla luna o oltre.

La genialità di Kilopower è la sua semplicità: con poche parti mobili, utilizza la tecnologia del tubo di calore, inventata a Los Alamos nel lontano 1963, per alimentare un motore Stirling. Ecco come funziona: il tubo sigillato nel tubo di calore fa circolare un fluido attorno al reattore, raccogliendo il calore e trasportandolo al motore Stirling. Lì, l'energia termica pressurizza il gas per guidare un pistone accoppiato a un motore che genera elettricità. L'uso dei due dispositivi in ​​tandem crea un'alimentazione elettrica semplice e affidabile che può essere adattata per applicazioni spaziali, tra cui esplorazione umana e missioni di scienze spaziali su corpi planetari esterni come le lune di Giove e Saturno.

I reattori Kilopower vanno da 1 chilowatt - circa abbastanza per alimentare un tostapane domestico - a 10 kW. Per gestire efficacemente un habitat su Marte e creare carburante, sarebbero necessari circa 40 kW, quindi la NASA avrebbe probabilmente inviato da quattro a cinque dei reattori sulla superficie del pianeta.

I vantaggi dell'energia nucleare sono la leggerezza e l'affidabilità. Altre fonti di energia richiedono troppo carburante, rendendole troppo pesanti o non possono essere contate in tutte le stagioni. L'energia solare, ad esempio, si basa sulla luce solare costante. Questo è qualcosa che manca su Marte, poiché dipende dall'ora del giorno, dal periodo dell'anno, dalla posizione sulla superficie del pianeta e dalla gravità delle tempeste di polvere del pianeta, che possono durare mesi. L'energia nucleare funziona indipendentemente dal tempo o dall'ora del giorno. Inoltre, il numero di pannelli solari e batterie necessari renderebbe il razzo su Marte estremamente pesante, richiedendo più carburante.

Qual è il prossimo?

Gli esperimenti per testare Kilopower - chiamato KRUSTY (Kilopower Reactor Using Stirling Technology) - sono iniziati alla fine dello scorso anno presso il Nevada National Security Site (NNSS) e culmineranno con il test di un reattore simile a un volo a pieno regime questa primavera. Oltre a Los Alamos, NASA e NNSS, l'esperimento viene condotto in collaborazione con il Glenn Research Center della NASA, il Marshall Space Flight Center e il Y-12 National Security Complex, insieme agli appaltatori della NASA SunPower e Advanced Cooling Technologies.

Il lavoro su questa tecnologia non è nuovo. KRUSTY si basa su un esperimento del 2012 condotto da un team di Los Alamos, NNSS e Glenn che ha dimostrato il primo utilizzo di una tubazione di calore per raffreddare un piccolo reattore nucleare e alimentare un motore Stirling. Questi nuovi esperimenti si basano sulle conoscenze acquisite da quell'esperimento.

Se guardiamo al futuro, il potenziale per l'energia nucleare di rafforzare i piani per un habitat a lungo termine su altri corpi planetari è piuttosto straordinario. Mentre alimentare una colonia è solo una delle molte complesse domande tecniche alle quali dobbiamo rispondere quando pensiamo di inviare umani su altri pianeti, è di fondamentale importanza. Kilopower potrebbe benissimo essere la risposta. Siamo entusiasti di vedere dove ci porterà.

Patrick McClure è il capo del progetto Kilopower presso il Los Alamos National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti nel New Mexico. David Poston è il capo progettista del reattore, anche a Los Alamos.