La NASA presenta la nuova fonte di energia per l'esplorazione dello spazio

Il reattore a fissione Kilopower offrirà una fonte di energia portatile più efficiente e più potente per l'esplorazione del sistema solare.

La concezione di un artista mostra le unità del reattore a fissione Kilopower sulla superficie di Marte.
NASA

La NASA ha annunciato un nuovo stile di generatore nucleare la scorsa settimana, che potrebbe diventare un appuntamento fisso su avamposti lunari o missioni nello spazio profondo nei prossimi decenni.

Una fonte di energia affidabile è il nome del gioco nell'esplorazione del sistema solare. Qui tra i pianeti interni, c'è un grande potere da avere sotto forma di radiazione solare. Ma questo potere cala dal quadrato inverso della distanza dal Sole. La missione Juno della NASA a Giove, ad esempio, è stata la prima navicella spaziale a avventurarsi oltre la cintura di asteroidi usando l'energia solare, e per farlo sono stati necessari tre enormi pannelli solari delle dimensioni di un autobus scolastico.

Più tipicamente, avventurarsi nel sistema solare esterno ha richiesto energia nucleare. Le missioni hanno utilizzato a lungo i generatori termoelettrici di radioisotopi (RTG) - e i generatori termoelettrici di radioisotopi multi-missione del modello attuale (MMRTG). Ma questi usano il calore proveniente dal decadimento del plutonio-238, che è in quantità limitata, e forniscono meno di 200 watt di elettricità. È abbastanza per alimentare un robot vagante, ma non abbastanza per una colonia.

Con un occhio al futuro, la NASA sta sviluppando Kilopower, un piccolo reattore a fissione in grado di generare una potenza continua di 10 kilowatt di elettricità per un minimo di 10 anni - più che sufficiente per gestire diverse famiglie americane medie.

"Vogliamo una fonte di alimentazione in grado di gestire ambienti estremi", afferma Lee Mason (NASA). "Kilopower apre l'intera superficie di Marte, comprese le latitudini settentrionali dove potrebbe risiedere l'acqua". L'energia nucleare portatile sarebbe anche ideale per esplorare i crateri polari permanentemente in ombra sulla Luna.

Un primo piano dei motori nucleari Stirling in fase di sviluppo per esplorazioni spaziali di lunga durata.
NASA / Glenn Research Center

Il Glenn Research Center della NASA ha sviluppato il prototipo di chilowatt in collaborazione con il laboratorio nazionale Los Alamos. Gli ingegneri hanno ritenuto il progetto realizzabile nel 2012 e da allora si sono spostati verso una dimostrazione su vasta scala. Il nucleo del reattore di uranio è stato fornito dal complesso di sicurezza nazionale Y12 e l'intero prototipo è stato spedito al sito di sicurezza nazionale del Nevada per i primi test alla fine dell'anno scorso. Questo culminerà con un test a piena potenza di 28 ore a fine marzo.

Kilopower aprirà anche aree del sistema solare interno all'esplorazione a lungo termine. Sulla Luna, ad esempio, la notte dura due settimane. E su Marte, le tempeste di sabbia coprono periodicamente i pannelli solari usati dai rover come Spirit e Opportunity. Per questo motivo, Curiosity utilizza un MMRTG alimentato a plutonio, così come il rover Mars 2020.

Nukes nello spazio

Il lancio di generatori nucleari nello spazio non è privo di problemi. Gli Stati Uniti persero uno dei suoi primissimi generatori legati all'orbita, che bruciò sull'Oceano Indiano poco dopo il lancio nel 1964. La NASA dovette anche affrontare un dilemma inaspettato quando l'equipaggio dell'Apollo 13 tornò sulla Terra con il pacchetto di esperimenti di superficie lunare Apollo a propulsione nucleare, che doveva rimanere sulla Luna. Alla fine fu abbandonato sulla fossa delle Marianne nell'Oceano Pacifico, insieme al modulo lunare dell'Acquario trasformato in scialuppa di salvataggio.

Tuttavia, i test dimostrano che Kilopower non rappresenta una minaccia. L'americano medio riceve circa 620 millirems all'anno cumulativi dalle radiazioni di fondo; se un reattore Kilopower andasse perso e il nucleo si fosse rotto durante un lancio, la dose di picco dall'esposizione all'uranio non fissitato sarebbe inferiore a un millirem e sarebbe più probabilmente nel range dei microrem, secondo Pat McClure (Los Alamos National Laboratory ).

I lanci precedenti che includevano il plutonio, inclusi New Horizons, Curiosity e Cassini, avevano attirato una manciata di manifestanti sulla Florida Space Coast. Cassini in particolare ha sollevato alcune preoccupazioni, poiché ha anche eseguito un ulteriore sorvolo della Terra lungo il tragitto verso Saturno.

Kilopower vs. MMRTGs

Kilopower genera energia dalla fissione dell'uranio, un cambiamento rispetto al plutonio-238 utilizzato dagli MMRTG. Il plutonio-238 fortemente regolamentato è attualmente scarsamente disponibile, poiché il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha recentemente riavviato la pipeline di produzione per l'esplorazione dello spazio.

I reattori Kilopower utilizzano motori Stirling, che comprimono ed espandono un fluido (in questo caso, metallo liquido) per convertire il calore dalla fissione dell'uranio in energia meccanica. Questa energia può quindi far funzionare un generatore e produrre elettricità. La NASA aveva accantonato la stessa tecnologia Stirling durante i periodi di magra del 2013, ma ora è tornata sul tavolo. I motori Stirling sono almeno quattro volte più efficienti dei tradizionali MMRTG.

Le future missioni pianificate potrebbero sfoggiare la tecnologia Kilopower, compresi gli orbiter proposti per i giganti del ghiaccio, Urano e Nettuno e un drone a propulsione nucleare per esplorare Titano. Deep Space Gateway della NASA potrebbe anche finire per usare Kilopower per le sue operazioni di superficie lunare. Forse la nuova era nucleare sarà nel regno dell'esplorazione dello spazio.