|
ماندن طولانی مدت در سطوح سیاره ای احتمالاً به منابع انرژی هسته ای برای تقویت سیستم های انرژی خورشیدی و/یا تامین برق اضطراری نیاز دارد. برداشت این هنرمند نشان می‌دهد که یک راکتور هسته‌ای انرژی را برای پایگاهی در ماه تامین می‌کند. (اعتبار: Antares Nuclear) |
توسط Duane A. Day
دوشنبه 13 جولای 2026
عصر هسته ای و عصر فضا از ابتدا به طور جدایی ناپذیری در هم تنیده شده اند. موشک هایی با کلاهک هسته ای به موشک هایی برای پرتاب فضاپیما تبدیل شدند. تحقیقات اولیه ماهواره ای ایالات متحده در دهه 1950 شامل یک منبع انرژی هسته ای برای ماهواره بود. از آنجایی که انرژی هسته ای نسبتا فشرده بود و ایالات متحده مبالغ هنگفتی را برای توسعه آن در دهه 1950 صرف می کرد، طراحان ماهواره شروع به ارزیابی آن برای تامین انرژی فضاپیماها کردند. مهندسان موشک نیز از اوایل سال 1947 شروع به در نظر گرفتن انرژی هسته ای برای پیشرانه کردند.
| نزدیک به 20 میلیارد دلار به صورت ثابت سالانه در طول نزدیک به هفت دهه برای نیروگاه های هسته ای و سیستم های نیروی محرکه فضایی هزینه شده است. |
اگرچه ژنراتورهای ترموالکتریک رادیو ایزوتوپی (RTGs) که در فضاپیماهای فراسیاره‌ای مانند وویجر، گالیله و کاسینی استفاده می‌شوند، شناخته‌شده‌ترین سیستم‌های هسته‌ای هستند، بسیاری از فناوری‌های دیگر مورد کاوش قرار گرفته‌اند، برخی از آنها گاهی اوقات به سمت آزمایش‌های پیشرفته پیش می‌روند اما به ندرت پرتاب می‌شوند. بر اساس یک مطالعه اخیر، نزدیک به 20 میلیارد دلار دلار ثابت در طول حدود هفت دهه برای نیروگاه های هسته ای فضایی و سیستم های نیروی محرکه هزینه شده است. این بحث مختصری از بسیاری از آنهاست.
NERVA A3 (همچنین به عنوان NRX-A3 شناخته می شود) قبل از آزمایش در سال 1965 (اعتبار: وزارت انرژی) |
روور و نروا (1955-1972)
راکت‌های شیمیایی از نظر نیروی رانش محدودی دارند، که باعث می‌شود مهندسان به اشکال پیشرفته‌تری از نیروی محرکه فکر کنند. در اواسط دهه 1950، ایالات متحده برنامه ای را برای توسعه نیروی محرکه هسته ای برای فضاپیماها با این انتظار که می تواند برای ماموریت های انسانی آینده، به ویژه در مریخ مورد استفاده قرار گیرد، آغاز کرد. فناوری پایه شامل عبور هیدروژن از یک راکتور هسته ای با دمای بسیار بالا بود که در آن با سرعت بالا به داخل و خارج راکتور منبسط می شد. پیشنهادهای مختلفی برای این فناوری وجود دارد که از نظر تئوری می تواند نیروی رانش با راندمان بسیار بالاتری نسبت به پیشرانه شیمیایی ایجاد کند.
در دهه 1960، ناسا و کمیسیون انرژی اتمی به طور مشترک دو برنامه اصلی را اجرا می کردند، برنامه ای برای توسعه فناوری راکتوری به نام روور و برنامه ای برای توسعه موتور موشک هسته ای با قابلیت پرواز، معروف به NERVA، برای استفاده از انرژی هسته ای در وسایل نقلیه راکتی.
NERVA A3 (همچنین به عنوان NRX-A3 شناخته می شود). (اعتبار: وزارت نیرو) |
تحت برنامه روور، راکتورهای هسته‌ای در سایت پاجاریتو آزمایشگاه لوس آلاموس ساخته شدند و با قدرت بسیار کم آزمایش شدند، سپس برای آزمایش‌های توان بالاتر به سایت آزمایشی نوادا منتقل شدند. کار آزمایشگاهی همچنین شامل توسعه و آزمایش عناصر سوختی است که راکتورها را تغذیه می کنند.
اندازه نسبی موتورهای تست KIWI. (اعتبار: وزارت نیرو) |
فاز اول Project Rover کیوی نام داشت و شامل ساخت و آزمایش هشت راکتور بین سال‌های 1959 تا 1964 بود. فاز دوم به نام Phoebus شامل راکتورهای هسته‌ای پیشرفته بود.
NERVA در سال 1961 آغاز شد و در اواسط دهه 1960 به سمت آزمایش های توسعه سخت افزار در صحرای نوادا پیش رفت. موشک هایی به صحرا شلیک شد و گازهای رادیواکتیو تولید کرد. موتور NERVA از چرخه دمش گرم استفاده می کند که در آن مقدار کمی از گاز هیدروژن از نازل فشار منحرف می شود تا توربین را به حرکت درآورد که سوخت را به موتور پمپ می کند. NERVA به سطحی از آمادگی برای نمایش اجزای سیستم یکپارچه رسیده است. این منجر به طراحی آماده برای پرواز یا تقریباً آماده پرواز نشد.
  
ناسا در نظر دارد از موتورهای موشک NERVA برای ماموریت های مختلف از جمله ماه و مریخ استفاده کند. (اعتبار: ناسا) |
در زمان‌های مختلف، ناسا برنامه‌ریزی کرد تا از NERVA به‌عنوان مرحله بالایی موشک، شاتل فضایی برای مأموریت‌های ماه و مرحله پیش‌رانش برای مأموریت‌های انسانی به مریخ استفاده کند. پیشنهادی برای ماموریت انسانی به مریخ، که در سال 1969 ارائه شد، از چندین موتور NERVA استفاده می کرد که می توانستند در فضا برای استفاده مجدد بازیابی شوند. ناسا آثار هنری گسترده ای خلق کرده است که این ماموریت های مختلف را به تصویر می کشد. اما پس از آپولو، هیچ یک از این پروژه ها مورد تایید قرار نگرفت و بنابراین NERVA ماموریت خاصی نداشت.
 
برنامه های آتی ناسا برای مراحل بالای هسته ای قابل استفاده مجدد است که می توانند در مدار زمین شارژ شوند. در زمانی که به کار انداختن موتور موشک هسته‌ای یک چالش بود، این یک چشم‌انداز بسیار بلندپروازانه بود. (اعتبار: ناسا) |
کنگره حمایت بیشتری از NERVA نسبت به کاخ سفید نشان داد، اما این برنامه در نهایت در سال 1972 لغو شد، زمانی که حامی قدرتمند آن تصمیم گرفت برای انتخاب مجدد نامزد نشود و رئیس جمهور ریچارد نیکسون می خواست از این پول برای پنتاگون استفاده کند. Rover و NERVA در مجموع گرانترین برنامه فضایی هسته ای بودند که توسط ایالات متحده دنبال می شد. برخی از تجهیزات آزمایش رادیواکتیو آنها حتی امروز در بیابان قرنطینه باقی مانده است، یادگاری از زمانی که موشک های هسته ای به نظر بسیاری از فناوری پیشران فضایی در آینده نزدیک است.
Orion مجموعه ای از مطالعات برای به حرکت درآوردن یک فضاپیمای بزرگ با استفاده از انفجارهای هسته ای بود. برای ماموریت های غیرنظامی و نظامی در نظر گرفته شده است. (اعتبار: ناسا) |
Orion (1955-1965)
استانیسلاو اولام و کورنلیوس اورت، که بمب H-بمب را طراحی کردند، در سال 1955 نیروی محرکه پالس هسته ای را در لوس آلاموس طراحی کردند. کمیسیون انرژی اتمی و بعداً نیروی هوایی ایالات متحده، از تحقیق در مورد این فناوری تحت نام پروژه Orion حمایت کردند.
| حتی طراحان Orion اذعان داشتند که این پروژه دشواری با شانس موفقیت محدود است. |
اوریون از انفجارهای هسته ای برای به حرکت درآوردن یک فضاپیما استفاده خواهد کرد. بمب های هسته ای از پشت یک فضاپیما پرتاب می شوند و در فاصله ای دورتر منفجر می شوند. پیشران (آب یا موم) اطراف بمب‌ها به پلاسمای پرانرژی تبدیل می‌شود و از صفحه رانش در عقب فضاپیما پرتاب می‌شود و آن را به جلو می‌راند. این انفجارها باید به سرعت و تقریباً در هر ثانیه اتفاق بیفتند. دمپرها ارتعاشات قابل توجه ناشی از انفجار سلاح های هسته ای در پشت کشتی را کاهش می دهند. اگر چه دمای پلاسمای حاصل از انفجار 80000 کلوین است، اما پالس کوتاه است و از نظر تئوری تنها لایه کوچکی از صفحه رانش فرسایشی پس از هر انفجار تصعید می‌شود.
این وسیله نقلیه از روی زمین از یک مکان دور پرتاب می شود و در بالای یک ستون هسته ای به فضا پرتاب می شود. با مناظر اطراف مهربان نخواهد بود.
در تئوری، طراحی شکارچی اجازه داد محموله های عظیمی به سیارات پرتاب شود. نیروی هوایی علاقه مند به توسعه اوریون به عنوان نوعی کشتی جنگی فضایی مجهز به صدها سلاح هسته ای است که می تواند به سمت زمین یا اهداف دیگر شلیک شود (به «نیروی مشترک در برابر جوجه کوچولو»، The Space Review، 23 می 2005 مراجعه کنید).
یک طرح معمولی دارای باری بالغ بر صدها تن بود، به این معنی که هیچ سیستم بازیافت محیطی پیچیده یا سازه یا تجهیزات سبک وزن مورد نیاز نخواهد بود. وزن صفحه رانش حدود یک سوم وزن فضاپیما بود.
در سال 1957 این پروژه به نیروی هوایی منتقل شد و آزمایش‌های نمایشی کوچکی را انجام داد که شامل مواد منفجره معمولی بود که در زیر یک مدل معلق از یک جرثقیل منفجر شدند. معاهده منع آزمایش هسته‌ای در سال 1963 آزمایش‌های هسته‌ای اتمسفر را ممنوع کرد و اساساً این برنامه را نابود کرد. بودجه در سال 1965 به طور کامل قطع شد. حتی طراحان Orion اذعان کردند که این پروژه دشوار با شانس موفقیت محدود است.
تصویری از یک فضاپیمای هسته ای در سال 1961. (اعتبار: ناسا) |
سیستم‌های راکتور نیروی کمکی هسته‌ای (1959-1971)
در سال 1946، پروژه RAND نیروی هوایی مطالعه ماهواره ها را در مدار زمین آغاز کرد و مطالعات اولیه استفاده از راکتورهای هسته ای را برای تامین انرژی ماهواره ها پیشنهاد کرد. در آن زمان، هیچ راه دیگری برای تامین انرژی کافی و طولانی مدت به یک ماهواره در مدار وجود نداشت.
اولین تحقیقات در مورد ماهواره ها شامل منابع انرژی راکتور هسته ای بود. این تصویر مربوط به یک گزارش طبقه بندی نشده از اواسط دهه 1950 در مورد استفاده از ماهواره برای شناسایی است. (اعتبار: RAND Corp.) |
در طول دهه بعد، نیروی هوایی تلاش‌های تحقیقاتی راکتور هسته‌ای فضایی سطح پایین را تأمین مالی کرد. فضاپیماهای اولیه می توانستند از باتری های با عمر کوتاه استفاده کنند، اما توسعه نهایی سلول های خورشیدی باعث شد راکتورهای هسته ای غیر ضروری باشند. راکتورهای هسته‌ای ممکن است برای فضاپیماها کاربرد داشته باشند، اما برای اکثریت عظیم مأموریت‌های فضایی ضروری نیستند.
در اواخر دهه 1950، کمیسیون انرژی اتمی برنامه نیروی هسته ای کمکی سیستم (SNAP) را برای توسعه راکتورهای شکافت و ژنراتورهای ایزوتوپ رادیویی برای استفاده زمینی و فضایی آغاز کرد. برنامه های رادیو ایزوتوپ و راکتور به ترتیب با اعداد فرد و زوج تعیین شدند.
در دسامبر 1957، دیزنی قسمتی از برنامه دیزنی لند خود را به نام “مریخ و فراتر از آن” پخش کرد که ناوگانی از فضاپیماها را که انسان ها را به مریخ حمل می کردند، نشان می داد. آنها از راکتورهای هسته ای و با سیستم های پیشران الکتریکی نیرو می گرفتند. راکتور را می توان در پایین بوم فضاپیما مشاهده کرد که شامل رادیاتورهای خنک کننده بزرگ نیز می شود. اگرچه عملی نبود، اما مطمئناً عالی بود. (اعتبار: دیزنی) |
با شروع دهه 1950، راکتورهای هسته ای هم برای نیرو دادن به فضاپیماها و هم برای نیرو دادن به موتورهای الکتریکی در نظر گرفته شدند. در سال 1957، یک قسمت تلویزیونی دیزنی ناوگانی از سفینه های فضایی (که اغلب به آنها “کشتی های چتری” می گویند) را نشان داد که با استفاده از راکتورهای هسته ای برای تامین انرژی موتورهای الکتریکی به سمت مریخ حرکت می کردند. اگرچه خیالی بود، اما این مفهوم بر اساس اصول مهندسی بود. در اوایل دهه 1960، برنامه‌های علمی ناسا در حال بررسی استفاده از راکتورهای هسته‌ای برای تامین انرژی سیستم‌های پیشران الکتریکی برای سفر به هواپیماهای بیرونی بودند. این مفهوم چندین بار در دهه‌های بعد ظاهر شد، اما هزینه بالای توسعه یک راکتور هسته‌ای مبتنی بر فضا همیشه گران بود.
  
در اوایل و اواسط دهه 1960، راکتورهای هسته‌ای همراه با سیستم‌های پیشران الکتریکی برای مأموریت‌های فضایی در اعماق در نظر گرفته شدند. یک طراحی معمولی، راکتور را از ابزار و سیستم پیشرانه دور می کند. همچنین به هیت سینک های بزرگ برای دفع گرما نیاز است. حتی امروزه نیز این طرح اصلی باقی مانده است. (اعتبار: ناسا) |
در سال 1965، نیروی هوایی راکتور SNAP-10A را به مدار زمین فرستاد. 43 روز کار کرد و 500 وات برق تولید کرد تا اینکه خرابی رگولاتور ولتاژ باعث خاموش شدن آن شد. راکتور SNAP-10A یک راکتور حرارتی کوچک هیدرید زیرکونیوم (ZrH) بود که با اورانیوم 235 سوخت می‌شد. تا به امروز، این تنها رآکتور هسته ای آمریکاست که در فضا پرواز کرده است.
SNAP-10A تنها رآکتور هسته ای بود که توسط ایالات متحده به فضا پرتاب شد. در سال 1964 به مدت 43 روز کار کرد (اعتبار: ناسا) |
برنامه‌های راکتور اسنپ برای انواع کاربردهای غیرنظامی و نظامی در دهه 1960 در نظر گرفته شد. یک راکتور اسنپ می تواند جایگزین پنل های خورشیدی شود تا انرژی طولانی مدت برای ایستگاه فضایی در مدار زمین فراهم کند. پیشرفت های مداوم در فناوری پنل های خورشیدی بیشتر منطق راکتورهای فضایی را تضعیف می کند. (اعتبار: نیروی هوایی ایالات متحده) |
طرح‌های راکتور هسته‌ای مبتنی بر فضای اضافی در دهه 1960 مورد مطالعه قرار گرفت. اینها شامل SNAP-2 و SNAP-8 و همچنین SNAP-50/SPUR هستند. آنها قدرت بسیار بالاتری نسبت به SNAP-10A داشتند.
SNAP-8 یک برنامه توسعه رآکتور فضایی در دهه 1960 بود. اگرچه اکنون تقریباً فراموش شده است، اما یک برنامه آزمایشی گسترده بود. (اعتبار: ناسا) |
SNAP-8 یک برنامه توسعه رآکتور فضایی گسترده بود که شامل ساخت چندین راکتور آزمایشی در تأسیسات ناسا در اوهایو بود. کاربرد اولیه SNAP-8 تامین انرژی یک ایستگاه فضایی انسانی در مدار پایین زمین بود. اگرچه پول و تلاش قابل توجهی برای SNAP-8 صرف شد، اما تا حد زیادی در کتاب های درسی تاریخ فضا فراموش شده است.
 
برنامه راکتور هسته ای SNAP-8 به طور فعال در دهه 1960 توسعه یافت و راکتورهای آزمایشی در اوهایو ساخته و آزمایش شدند. یکی از کاربردهای احتمالی، تامین انرژی یک ایستگاه فضایی در مدار زمین بود. راه اندازی یک راکتور در فضا مستلزم بررسی دقیق عملیات است تا فضانوردان در معرض تشعشعات راکتور قرار نگیرند. (اعتبار: ناسا) |
SNAP-50/SPUR تحقیقی از اواسط دهه 1960 در مورد یک راکتور قدرتمندتر با ظرفیت 300 کیلووات تا 1 مگاوات خروجی الکتریکی است. این موشک برای پرتاب Saturn IB در نظر گرفته شده است و برای تامین انرژی انواع ماموریت های سیاره ای از جمله مدارگردهای عطارد، مریخ، مشتری و زحل و همچنین یک کاوشگر خورشیدی استفاده می شود.
SNAP-50 یک برنامه راکتور فضایی بود که در دهه 1960 مورد مطالعه قرار گرفت و برای ماموریت های سیاره ای مورد بررسی قرار گرفت. (اعتبار: NASA/JPL/Caltech) |
رآکتورهای هسته‌ای فضایی شامل بسیاری از مسائل فنی مختلف از جمله سوخت هسته‌ای و روش تبدیل گرما به انرژی الکتریکی هستند. علاوه بر این، سیستم ها الزامات ایمنی عمده ای دارند که بر طراحی تأثیر می گذارد.
هیچ یک از طرح‌های راکتور اسنپ به دلیل هزینه‌های بالا و نبود نیاز مشخص تا مرحله سخت‌افزار پرواز دنبال نشد. آنها در اواخر دهه 1960 لغو شدند.
ماهواره های آزمایشی لینکلن 8 و 9 از RTG برای نیرو استفاده می کنند. آنها در مدارهای بسیار بالا عمل می کردند. شایعه شده است که یکی از این ماهواره ها برای آزمایش فناوری پنهان کاری ماهواره ای مورد استفاده قرار گرفته است. (اعتبار: نیروی هوایی ایالات متحده) |
ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (1961–تاکنون)
ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTGs) گرمای تولید شده از فروپاشی طبیعی سوخت رادیوایزوتوپ (معمولاً پلوتونیوم 238 در ایالات متحده) را از طریق جفت ترموالکتریک به الکتریسیته تبدیل می کنند. برای نزدیک به 80 سال، ایالات متحده میلیاردها دلار را صرف توسعه فناوری RTG و تولید Pu-238 کرده است. ثابت شده است که حفظ زیرساخت برای تولید سوخت و RTG گران است. RTG ها توان بسیار کم تولید می کنند اما قطعات متحرک ندارند و بسیار قابل اعتماد هستند و اغلب چندین دهه عمر می کنند.
گلوله سوخت برای RTG. اندازه آن تقریباً به اندازه گل ختمی است. اگرچه RTG ها قطعات متحرک ندارند، اما مواد پیچیده و فناوری ساخت هستند و تولید سوخت پلوتونیوم گران است. (اعتبار: وزارت نیرو) |
اولین دو سیستم نمایشی RTG در سال 1961 (به نام SNAP-3B) پرواز کردند و سه وات برق تولید کردند. اینها بعداً با چندین فضاپیما در مدار زمین مانند برنامه ماهواره ناوبری Transit پرواز کردند.
SNAP-19 RTGهای مورد استفاده در دو ماهواره رصدی Nimbus Earth در اواخر دهه 1960 نسبتا کوچک بودند. (اعتبار: ناسا) |
دو ژنراتور ترموالکتریک رادیو ایزوتوپی SNAP-19 در یک حادثه پرتاب در سال 1968 گم شدند و در اقیانوس آرام قرار گرفتند. کشف و ضبط شدند. (اعتبار: ناسا) |
RTG ها همچنین برای تامین انرژی دستگاه های زمینی، برخی طبقه بندی شده و برخی طبقه بندی نشده، استفاده شده اند. یکی از بدنام‌ترین نمونه‌ها یک RTG کوچک به نام SNAP-19C بود که برای تامین انرژی یک دستگاه جمع‌آوری اطلاعات در بالای کوهی در هیمالیا برای جاسوسی از چین استفاده می‌شد. اگرچه به نظر می رسد یکی با موفقیت نصب شده است، یکی دیگر از این RTG ها در سال 1965 در کوه گم شد، داستانی که بعداً توسط یک کوهنورد درگیر در عملیات گزارش شد.
ژنراتورهای ترموالکتریک ایزوتوپ رادیویی با نیروی پلوتونیوم برای اهداف زمینی استفاده شده است. در اینجا RTG برای تامین انرژی یک ایستگاه اطلاعاتی سیگنال های فوق سری در بالای کوه استفاده می شود. (اعتبار: نیویورک تایمز) |
از ابتدا، سیستم های اسنپ برای استفاده در زمین، اقیانوس و فضا برنامه ریزی شده بود و در انواع مختلفی در دسترس هستند. لیستی از انواع برنامه ریزی شده و مورد استفاده از اواسط دهه 1960 در زیر آمده است:
| تعیین | از آن استفاده کنید | توان (وات) | ایزوتوپ |
|---|---|---|---|
| اسنپ-3 | دستگاه نمایش | 2.5 | پولونیوم-210 |
| SNAP-3A | برق ماهواره | 2.7 | پلوتونیوم-238 |
| نامشخص | ایستگاه هواشناسی اکسل هایبرگ | 5 | استرانسیوم-90 |
| SNAP-7A | شناور ناوبری | 10 | استرانسیوم-90 |
| SNAP-7B | چراغ ناوبری ثابت | 60 | استرانسیوم-90 |
| SNAP-7C | ایستگاه هواشناسی | 10 | استرانسیوم-90 |
| SNAP-7D | ایستگاه هواشناسی شناور | 60 | استرانسیوم-90 |
| SNAP-7E | فانوس دریایی در ته اقیانوس | 7.5 | استرانسیوم-90 |
| SNAP-7F | دکل نفتی فراساحلی | 60 | استرانسیوم-90 |
| SNAP-9A | برق ماهواره | 25 | پلوتونیوم-238 |
| اسنپ-11 | کاوشگر قمری | 21-25 | کوریم-242 |
| اسنپ-13 | دستگاه نمایش | 12 | کوریم-242 |
| SNAP-15A | استفاده نظامی | 0.001 | پلوتونیوم-238 |
| اسنپ-17 | ماهواره ارتباطی | 25 | استرانسیوم-90 |
| SNAP-19B | ماهواره هواشناسی Nimbus-B | 30 | پلوتونیوم-238 |
| اسنپ-21 | در آب های عمیق استفاده کنید | 10 | استرانسیوم-90 |
| اسنپ-23 | مصارف زمینی | 60 | استرانسیوم-90 |
| اسنپ-27 | فرود روی ماه | 60 | پلوتونیوم-238 |
| اسنپ-29 | ماموریت های مختلف | 500 | پولونیوم-210 |
RTG در آپولو 12، 14، 15، 16 و 17 برای تامین انرژی بسته های آزمایشی سطح قمری آپولو (ALSEP) استفاده شد. چند مورد از این RTG ها عمر نسبتا کوتاهی داشتند، اگرچه برخی دیگر بیشتر دوام آوردند. ایستگاه های ALSEP در ماه قبل از اینکه قدرت آنها به زیر سطح قابل استفاده کاهش یابد، خاموش شدند، اگرچه آنها دوام زیادی نداشتند. (RTG Apollo 13 به انتهای اقیانوس ختم شد.)
آلن بین، فضانورد آپولو 12، پیل سوختی ژنراتور ترموالکتریک ایزوتوپ رادیویی (RTG) را از ذخیره‌سازی ماژول قمری در ماه بازیابی می‌کند. RTG برای تامین انرژی بسته آزمایشی سطحی آپولو (ALSEP) استفاده شد. (اعتبار: ناسا) |
SNAP-27 RTG برای تامین انرژی بسته آزمایشی سطح قمری آپولو (ALSEP) برای ماموریت آپولو 14 استفاده شد. ناسا تجربه طولانی و موفقی با RTG دارد، اما توسعه و نگهداری این فناوری هزینه بر است. (اعتبار: ناسا) |
RTG همچنین برای تامین برق اولیه برای وایکینگ 1 و 2 (SNAP-19، در مجموع 85 وات)، پایونیر 10 و 11 (SNAP-19، مجموع 165 وات)، وویجر 1 و 2 (هر RTG 157 وات)، گالیله (300 وات رادیو گرمایشگرها، 300 وات گرمایشگرها، 300 وات گرمایش 120 وات)، (همان گالیله) و کاسینی (سه RTG با توان 888 وات به همراه 117 گرم کننده رادیوایزوتوپ سبک).
ظروف ذخیره سازی RTG برای حمل و نقل در کیپ کاناورال در سال 1976 (اعتبار: ناسا) |
ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTG) از اوایل دهه 1960 انرژی بسیاری از فضاپیماها را تامین کردند. در اینجا، RTG برای فضاپیمای کاسینی برای ادغام با فضاپیما در دهه 1990 آماده شده است. (اعتبار: ناسا) |
علاوه بر دو مأموریت وویجر، که تقریباً پنجاه سال پس از پرتاب هنوز عملیاتی هستند، چندین فضاپیمای فعال وجود دارد که از RTG برای نیرو استفاده می کنند. RTG ماموریت نیوهورایزنز را که در سال 2015 از کنار پلوتو عبور کرد و اکنون از طریق کمربند کویپر در حال حرکت است، نیرو می دهد. مریخ نوردهای کنجکاوی و استقامت همچنین از ژنراتورهای ترموالکتریک ایزوتوپ رادیویی چند ماموریتی (MMRTG) که برای استفاده در سطح سیاره طراحی شده اند، استفاده می کنند و فضاپیمای Dragonfly که به سمت تیتان پرتاب می شود نیز از MMRTG استفاده خواهد کرد. یک MMRTG یدکی در انبار باقی مانده است و اخیرا برای تامین انرژی یک ماه نورد پیشنهاد شده است.
وویجر 2، که هنوز در اعماق فضا کار می کند، توسط RTGهای ساخته شده 50 سال پیش نیرو می گیرد و ارزش فناوری RTG را نشان می دهد. (اعتبار: NASA/JPL/Caltech) |
مریخ نورد کنجکاوی تقریباً چهارده سال است که بر روی سطح مریخ کار می کند و انرژی آن توسط ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ چند مأموریتی یا MMRTG تامین می شود. MMRTG جسم سفید در پشت فضاپیما است. (اعتبار: ناسا) |
علیرغم صرف زمان، تلاش و هزینه قابل توجه برای بهبود راندمان تبدیل توان RTGها در طی چندین دهه، پیشرفت بسیار کمی در این موضوعات از زمان توسعه RTGهای اولیه حاصل شده است. فن آوری بالغ است و پیشرفت ها تدریجی است.
بسیاری از سیستم های دیگر، از جمله همه مریخ نوردها، از گرمکن های رادیوایزوتوپ سبک وزن برای حفظ دمای مناسب برای الکترونیک سیستم استفاده کرده اند. چین همچنین در چندین فرودگر ماه خود از بخاری های مشابهی که روسیه عرضه کرده است استفاده کرده است.
این سیستم ها با موفقیت در فضا مستقر شده اند:
| منبع برق | سفینه فضایی | نوع ماموریت | تاریخ راه اندازی | وضعیت |
|---|---|---|---|---|
| SNAP-3B7 | ترانزیت 4A | ناوبری | 6-29-61 | RPS 15 سال است که کار می کند. |
| SNAP-3B8 | ترانزیت 4B | ناوبری | 11-15-61 | RPS 9 سال است که کار می کند. این ماهواره پس از آزمایش ارتفاع بالا در سال 1962 به طور متناوب عمل کرد. آخرین سیگنال گزارش شده در سال 1971 بود. |
| SNAP-9A | ترانزیت 5-BN-1 | ناوبری | 9-28-63 | RPS طبق برنامه کار می کند. مشکلات الکتریکی غیر RPS در ماهواره باعث شد که ماهواره پس از 9 ماه سقوط کند. |
| SNAP-9A | ترانزیت 5-BN-2 | ناوبری | 12-5-63 | RPS بیش از 6 سال است که در حال اجرا است. این ماهواره پس از 1.5 سال توانایی ناوبری خود را از دست داد. |
| SNAP-9A | ترانزیت 5-BN-3 | ناوبری | 4-21-64 | این ماموریت به دلیل خرابی خودروی پرتاب متوقف شد. RPS در هنگام ورود مجدد همانطور که طراحی شده بود سوزانده شد. |
| SNAP-19B2 | Nimbus-B-1 | هواشناسی | 5-18-68 | این ماموریت به دلیل نقض ایمنی محدوده متوقف شد. منابع حرارتی RPS بازیافتی و بازیافتی. |
| SNAP-19B3 | نیمبوس III | هواشناسی | 4-14-69 | RPS بیش از 2.5 سال است که کار می کند. |
| RHU | آپولو 11 | سطح قمری | 7-14-69 | گرمکن های رادیوایزوتوپ برای بسته آزمایشی لرزه ای. ایستگاه در تاریخ 8-3-69 تعطیل شد. |
| اسنپ-27 | آپولو 12 | سطح قمری | 11-14-69 | RPS حدود 8 سال کار کرد تا اینکه ایستگاه بسته شد. |
| اسنپ-27 | آپولو 13 | سطح قمری | 4-11-70 | ماموریت در مسیر رسیدن به ماه متوقف شد. RPS دوباره وارد جو زمین شد و در اقیانوس آرام جنوبی فرود آمد. هیچ تشعشعی منتشر نشد. |
| اسنپ-27 | آپولو 14 | سطح قمری | 1-31-71 | RPS بیش از 6.5 سال کار کرد تا زمانی که ایستگاه بسته شد. |
| اسنپ-27 | آپولو 15 | سطح قمری | 7-26-71 | RPS بیش از 6 سال کار کرد تا زمانی که ایستگاه بسته شد. |
| اسنپ-19 | پایونیر 10 | سیاره ای | 3-2-72 | این فضاپیما با موفقیت توسط مشتری عملیاتی شد و اکنون از مدار پلوتو خارج شده است. |
| اسنپ-27 | آپولو 16 | سطح قمری | 4-16-72 | RPS حدود 5.5 سال کار کرد تا اینکه ایستگاه بسته شد. |
| RTG | “Transit” (Triad-01-1x) | ناوبری | 9-2-72 | |
| اسنپ-27 | آپولو 17 | سطح قمری | 12-7-72 | RPS تقریباً 5 سال کار کرد تا اینکه ایستگاه بسته شد. |
| اسنپ-19 | پیشگام 11 | سیاره ای | 4-5-73 | فضاپیما با موفقیت به مشتری، زحل و فراتر از آن عمل کرد. |
| اسنپ-19 | وایکینگ 1 | سطح مریخ | 8-20-75 | RPS ها بیش از 6 سال کار کردند تا زمانی که فرودگر خاموش شد. |
| اسنپ-19 | وایکینگ 2 | سطح مریخ | 9-9-75 | RPS ها بیش از 4 سال کار کردند تا اینکه اتصال رله قطع شد. |
| MHW-RTG | LES 8 | ارتباطات | 3-14-76 | |
| MHW-RTG | LES 9 | ارتباطات | 3-14-76 | |
| MHW-RTG | ویجر 2 | سیاره ای | 8-20-77 | RPS هنوز کار می کند. فضاپیماها با موفقیت به مشتری، زحل، اورانوس، نپتون و دیگران عمل کرده اند. |
| MHW-RTG | ویجر 1 | سیاره ای | 9-5-77 | RPS هنوز کار می کند. فضاپیما با موفقیت به مشتری، زحل و فراتر از آن عمل کرد. |
| GPHS-RTG و LWRHU | گالیله | سیاره ای | 10-8-89 | RPS ها تا 17/09/2003 کار می کردند، زمانی که فضاپیما ماموریت خود را به پایان رساند. |
| GPHS-RTG | اودیسه | سیاره ای / خورشیدی | 10-6-90 | ماموریت تمام شده است. |
| LWRHU | رهیاب مریخ | سطح مریخ | 12-4-96 | LWRHU گرمای ضروری را برای وسایل الکترونیکی Sojourner به مدت 84 روز فراهم می کند |
| GPHS-RTG و LWRHU | کازینوها | سیاره ای | 10-15-97 | ماموریت تمام شده است. |
| LWRHU | مریخ نوردهای تحقیق در مریخ | سطح مریخ | 6-25-03 و 7-5-03 | LWRHU گرمای ضروری را برای وسایل الکترونیکی فراهم می کرد |
| GPHS-RTG | افق های جدید | سیاره ای | 1-19-06 | RPS هنوز کار می کند. |
| MMRTG | کنجکاوی و پشتکار مریخ نورد | سطح مریخ | 11-26-11 و 7-30-20 | RPS هنوز کار می کند. |
| MMRTG | سنجاقک | سیاره ای | 2030 |
توجه: RPS یک نام عمومی برای گروهی از فناوری های مختلف از جمله RHU، RTG، MHW-RTG و غیره است.
اسنپ = سیستم های انرژی هسته ای کمکی
RPS = سیستم قدرت رادیوایزوتوپ
RTG = ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ
RHU = بخاری های رادیوایزوتوپ
MHW-RTG = چندصد وات RTG
GPHS-RTG = منبع حرارت عمومی RTG
LWRHU = بخاری های رادیوایزوتوپ سبک
MMRTG برای همه ماموریت های فضایی مناسب نیست. L3Harris Technologies اخیرا طراحی یک منبع انرژی هسته ای نسل بعدی را برای ماموریت های فضایی عمیق ناسا نهایی کرده است. این ماژول های پرواز که به عنوان ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ نسل بعدی (نسل بعدی RTG) شناخته می شود، می تواند کاوشگرهای فضایی اعماق ناسا را از اوایل دهه 2030 تامین کند.
برنامه نسل بعدی RTG سخت افزار پروازی را برای پشتیبانی از ماموریت های فضایی عمیق توسعه داد. (اعتبار: L3Harris) |
اکنون که ناسا برنامه‌های خود را برای یک پایگاه ماه اعلام کرده است، RTGها نیز می‌توانند برای تامین برق اضطراری در برخی شرایط و همچنین برق برای ابزارهای بلندمدت مورد استفاده قرار گیرند. حداقل یک شرکت آمریکایی کار بر روی یک RTG مجهز به آمریکیوم را آغاز کرده است، عنصری که تولید آن آسان تر و ارزان تر از پلوتونیوم-238 مورد استفاده در RTG های قبلی ایالات متحده است. با این حال، چگالی انرژی بسیار کمتری دارد، به این معنی که مقدار بیشتری از آن باید حمل شود تا انرژی مشابهی با RTGهایی که توسط Pu-238 سوخت می‌شوند، تولید شود. برای مأموریت‌های فضایی عمیق، این ممکن است تأثیر مخربی بر طراحی فضاپیما داشته باشد، زیرا RTGهای بزرگ‌تر بر بسیاری از جنبه‌های دیگر فضاپیما، مانند رانش و تثبیت، تأثیر می‌گذارند، اما ممکن است برای استفاده در سطح ماه قابل قبول باشند. اشکال دیگر این است که تجهیزات و روش‌های ناسا با دهه‌ها کار با Pu-238 شکل گرفته‌اند و تجهیزات و روش‌های جدیدی برای استفاده از ایزوتوپ متفاوت مورد نیاز است.
ماموریت تاو پیشنهادی در سال 1986 برای ماموریت به اعماق فضا بود. این نیاز به یک راکتور هسته ای و سیستم های نیروی محرکه الکتریکی داشت که باید برای مدت بسیار طولانی به طور قابل اعتماد کار کنند. (اعتبار: NASA/JPL/Caltech) |
SP-100 (1983–1995)
پس از لغو SNAP-8 و SNAP-50، ایالات متحده برنامه های رآکتور هسته ای مبتنی بر فضایی را در بیشتر دهه 1970 دنبال نکرد. تا سال 1981، پروژه ای به نام راکتور پیشرفته قدرت فضایی (SPAR) برای توسعه یک راکتور هسته ای فضایی با تولید 100 کیلووات توان الکتریکی با عمر طراحی هفت ساله در حال انجام بود. این کار محدود بود، اما در سال 1983 اداره ملی هوانوردی و فضایی، وزارت دفاع و وزارت انرژی توسعه یک راکتور هسته‌ای فضایی الکتریکی 100 کیلوواتی به نام SP-100 را آغاز کردند.
 
SP-100 یک برنامه راکتور هسته ای فضایی بود که در دهه 1980 مورد مطالعه قرار گرفت. کاربران احتمالی شامل ناسا و وزارت دفاع بودند، اما هیچ الزام مشخصی برای این موضوع وجود نداشت و این برنامه لغو شد. (اعتبار: جنرال الکتریک) |
SP-100 با یک راکتور سریع حرارتی دو مگاواتی و یک سیستم ترموالکتریک که 100 کیلووات برق را در طول عمر طراحی هفت ساله ارائه می کند، طراحی شده است. این راکتور برای پشتیبانی از طیف گسترده ای از نیازهای نظامی و غیرنظامی طراحی شده بود که هیچ کدام محقق نشد. یکی از کاربردهای احتمالی شامل تامین انرژی فضاپیما به عنوان بخشی از ابتکار دفاع استراتژیک بود: این برنامه هرگز نیاز روشنی به چنین سیستمی نداشت، اگرچه یکی از کاربردهای اصلی پیشنهادی سخت کردن یک ماهواره مهم با جایگزینی صفحات خورشیدی بزرگ و آسیب‌پذیر با یک راکتور بسیار فشرده‌تر بود. به دلیل هزینه های بالا، تاخیر در برنامه و تغییر اولویت های ماموریت فضایی ملی، برنامه SP-100 در اوایل دهه 1990 به حالت تعلیق درآمد و بعداً لغو شد.
باد الواری (1987–1992)
برنامه پیشرانه حرارتی هسته ای فضایی تایمبر ویند توسط سازمان ابتکار دفاع استراتژیک در نوامبر 1987 آغاز شد. باد تایمبر یک برنامه کاملا محرمانه برای توسعه فناوری موشک های هسته ای با شتاب بسیار بالا برای پرتاب موشک های رهگیر به فضا بود. مانند NERVA، سوخت از طریق یک راکتور هسته‌ای رانده می‌شود و فوق‌گرم می‌شود و از یک نازل بیرون می‌آید، اما در حالی که NERVA برای استفاده در فضا برنامه‌ریزی شده است، Timber Wind از زمین پرتاب می‌شود. در سال 1991 و پس از افشای موجودیت آن در رسانه ها، این پروژه به نیروی هوایی منتقل شد اما یک سال بعد متوقف شد. برخی از اطلاعات در مورد باد باد در آن زمان از طبقه بندی خارج شد.
| گازهای خروجی بسیار رادیواکتیو خواهند بود، اما منطق این بود که آنها فقط در هنگام حمله هسته ای استفاده می شوند، جایی که اگزوز موشک های رادیواکتیو به ابرهای قارچی بر فراز شهرهای آمریکا ترجیح داده می شود. |
پروژه Timber Wind بر اساس یک راکتور بستر ذرات با استفاده از گلوله های کوچک کاربید اورانیوم به عنوان سوخت است. گلوله ها برای گرم کردن سوخت هیدروژن استفاده خواهند شد. گازهای خروجی بسیار رادیواکتیو خواهند بود، اما منطق این بود که آنها فقط در هنگام حمله هسته ای استفاده می شوند، جایی که اگزوز موشک های رادیواکتیو به ابرهای قارچی بر فراز شهرهای آمریکا ترجیح داده می شود. این پروژه طرح های اولیه را انتخاب کرد اما اجزای نمونه اولیه را قبل از لغو برنامه آزمایش نکرد.
پروژه توپاز-2 برنامه ای از اوایل تا اواسط دهه 1990 بود که در آن ایالات متحده یک راکتور هسته ای پیشرفته فضایی توسعه یافته در اتحاد جماهیر شوروی سابق را ارزیابی کرد. راکتورهای بدون شارژ و تجهیزات آزمایشی به ایالات متحده فرستاده شد و مورد آزمایش قرار گرفت. آنها در نهایت به روسیه بازگردانده شدند. (اعتبار: آزمایشگاه فیلیپس) |
توپاز-2 (1980-1990)
اتحاد جماهیر شوروی برنامه انرژی هسته‌ای فضایی بسیار فعال‌تری نسبت به ایالات متحده داشت، اگرچه بیشتر تمرکز آن بر راکتورهای هسته‌ای فضایی بود تا RTG. این کشور ده‌ها راکتور هسته‌ای را در دهه‌های 1970 و 1980 به فضا پرتاب کرد، جایی که از آنها برای تامین انرژی رادارها برای شناسایی کشتی‌های آمریکایی در دریا استفاده می‌شد. این ماهواره ها به عنوان ماهواره های شناسایی اقیانوس رادار یا RORSAT شناخته می شدند.
در اواخر دهه 1980، اتحاد جماهیر شوروی چندین برنامه راکتور هسته ای فضایی جداگانه در دست توسعه داشت. همه اینها جایگزینی برای راکتور RORSAT نبودند. یکی از این پروژه ها که در آمریکا به اشتباه «توپاز-2» نامیده می شود، در واقع با نام «انیسی» شناخته می شد. این پروژه در اوایل دهه 1990 توسط سازمان دفاع موشکی بالستیک ایالات متحده خریداری شد و با نام توپاز-2 شناخته شد. (برای افزودن به سردرگمی، دو راکتور هسته‌ای شوروی، معروف به توپاز، در اواخر دهه 1980 به مدار زمین پرواز کردند، اما طراحی‌های کاملاً متفاوتی داشتند.)
شش راکتور توپاز-2 و تجهیزات پشتیبانی از روسیه به ایالات متحده منتقل شد. تعدادی از راکتورها توسط یک تیم مشترک از مهندسان آمریکایی، انگلیسی، فرانسوی و روسی به طور گسترده روی زمین آزمایش شدند. طراحی منحصربه‌فرد راکتورها به آنها اجازه می‌دهد بدون سوخت هسته‌ای با استفاده از ماژول‌های گرمایشی برای شبیه‌سازی سوخت آزمایش شوند. توپاز از یک طراحی ترموالکترونیک برای تبدیل مستقیم انرژی حرارتی به الکتریسیته بدون استفاده از سیال یا توربین در گردش حرارت استفاده می کند. برنامه آزمایش زمینی در ایالات متحده بسیار موفق تلقی می شد، اما انتقال فناوری از روسیه به ایالات متحده محدود بود. در ابتدا، ایالات متحده چندین راکتور را برای پرواز مناسب نگه داشت و پیشنهادهایی برای آزمایش یکی از راکتورها در فضا ارائه شد، اما این برنامه بدون هیچ پروازی خاتمه یافت. سخت افزار بعداً به روسیه بازگردانده شد. میراث این برنامه آزمایشی غیرمعمول مستحق تجزیه و تحلیل آینده است.
برنامه مدارگرد قمرهای یخی مشتری (JIMO) پروژه ای در اوایل دهه 2000 برای فرستادن یک فضاپیمای بزرگ به مدار مشتری بود. این بسیار بلندپروازانه بود و بیش از 20 میلیارد دلار قیمت داشت. (اعتبار: ناسا) |
مدارگرد قمرهای یخی پرومتئوس/مشتری (JIMO) (2002-2005)
چندین برنامه تحقیقاتی انرژی هسته ای فضایی دیگر در دهه های 1980 و 1990 انجام شد، اگرچه بودجه همیشه محدود بود و اطلاعات عمومی کمی در مورد آنها وجود دارد.
| هزینه کل برنامه جیمو (بدون احتساب آزمایش پرواز پرومتئوس-1) 21.5 میلیارد دلار بود که آن را به گران ترین برنامه علمی فضایی تبدیل می کرد. |
از اواخر سال 2002، ناسا شروع به توسعه یک فضاپیمای بزرگ کرد که بتواند به دور مشتری بچرخد و قمرهای گانیمد، کالیستو و اروپا را کاوش کند. این ماموریت به عنوان مدارگرد قمرهای یخی مشتری (JIMO) شناخته می شد. برنامه توسعه فناوری Prometheus نام داشت. پرومتئوس قصد داشت یک راکتور الکتریکی 200 کیلوواتی بسازد که بتواند برای عمر ده ساله فضاپیما کار کند. با پیشرفت این برنامه در سال 2003 و 2004، ناسا شروع به بررسی یک پرواز آزمایشی به نام پرومتئوس-1 کرد. راکتورهای هسته‌ای نیروی دریایی برای توسعه این راکتور مشغول بودند و پیمانکاران خصوصی و JPL در طراحی سیستم تبدیل انرژی برایتون و فضاپیما مشارکت داشتند.
با وجود صرف 463 میلیون دلار، جیمو از ورود به توسعه در مقیاس کامل فاصله داشت. هزینه کل برنامه جیمو (بدون احتساب آزمایش پرواز پرومتئوس-1) 21.5 میلیارد دلار بود که آن را به گران ترین برنامه علمی فضایی تبدیل می کرد. در اوایل سال 2005 لغو شد (به «پرومته محدود شده: میراث مدارگرد قمرهای یخی مشتری»، The Space Review، 23 فوریه 2026 مراجعه کنید.
در سال 2018، یک راکتور فضایی به نام KRUSTY روی زمین در ایالات متحده آزمایش شد. علیرغم موفقیت، این برنامه تا مرحله آزمایش پرواز دنبال نشد. این یک داستان مشترک برای بسیاری از برنامه های فضایی هسته ای ایالات متحده است. (اعتبار: Wikimedia Commons) |
Kilopower/KRUSTY (2015–)
در سال 2010، ناسا و وزارت انرژی توسعه یک رآکتور هسته ای را برای تامین انرژی سطحی ایستگاه قمری آغاز کردند. این راکتور از یک هسته جامد اورانیوم 235 تشکیل شده بود که توسط یک میله کنترل تنظیم می شد. لوله های حرارتی سدیم غیرفعال گرما را از هسته منتقل می کنند و موتورهای استرلینگ این گرما را به الکتریسیته تبدیل می کنند. این پروژه به عنوان رآکتور کیلوواتی با استفاده از فناوری استرلینگ یا KRUSTY شناخته می شود.
از نوامبر 2017 تا مارس 2018، ناسا آزمایش‌های راکتوری را انجام داد که به آزمایش 28 ساعته راکتور یک کیلوواتی یک کیلوواتی ختم شد که طی آن راکتور روشن شد، رسید و با قدرت کامل کار کرد و سپس خاموش شد. سپس هدف انجام آزمایش پرواز راکتور بود. با این حال، حتی یک آزمایش پروازی تامین نشده است. KRUSTY بیش از سایر پروژه های اخیر پیشرفت کرده بود، اما همچنان با این مشکل مواجه بود که هیچ تقاضای واضح و قانع کننده ای برای آن وجود نداشت، نیازی که می تواند منجر به آزمایش و استقرار پرواز شود.
در ژوئن 2022، ناسا سه تیم را برای مطالعات فاز 1 سیستم های قدرت شکافت سطحی، راکتورهای هسته ای کوچکی که برای پشتیبانی از مراحل بعدی کمپین اکتشاف ماه آرتمیس طراحی شده بودند، انتخاب کرد. این تیم ها توسط لاکهید مارتین، وستینگهاوس و IX، سرمایه گذاری مشترک بین Intuitive Machines و X-Energy رهبری می شدند. تیم ها مجبور شدند یک راکتور 40 کیلوواتی را طراحی کنند که وزن آن بیش از 6 متریک تن نباشد و بتواند به مدت 10 سال کار کند.
دراکو و جتسون ها (2023-2025)
در اوایل سال 2023، ناسا و آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (دارپا) اعلام کردند که در حال شراکت در موشک نمایشی برای عملیات انعطاف‌پذیر سیسلونار (DRACO)، یک پروژه موتور موشک هسته‌ای حرارتی هستند.
در جولای 2023، لاکهید مارتین قراردادی را از آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (دارپا) برای توسعه و نمایش یک فضاپیمای هسته‌ای برنده شد. لاکهید با BWXT در این برنامه کار کرد، با BWXT که راکتور هسته‌ای DRACO و سوخت اورانیوم با غنای پایین (HALEU) آن را فراهم کرد.
پس از اعلامیه های اولیه، به روز رسانی های کمی برای این برنامه وجود داشت تا اینکه در می 2025، ناسا اعلام کرد که بودجه خود را برای DRACO تنظیم مجدد می کند. در جولای 2025، دارپا اعلام کرد که DRACO را لغو می کند زیرا کاهش هزینه های پرتاب باعث شده دیگر نیازی به آن نباشد. دارپا همچنین نشان داد که با “موانع زیرساختی” مربوط به راه اندازی یک راکتور هسته ای مواجه شده است.
JETSON یک برنامه جدیدتر لاکهید مارتین برای توسعه فناوری راکتور فضایی است. (اعتبار: لاکهید مارتین) |
در نوامبر 2023، لاکهید مارتین توسط آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی (AFRL) قراردادی برای تحویل مشترک انرژی هسته‌ای به مدار (JETSON) دریافت کرد. این قرارداد برای توسعه نیروی برق هسته ای پرقدرت و فناوری های پیشران و طراحی فضاپیماها بود. این کار به هیچ سخت افزار پروازی منجر نشد.
برنامه راکتور هسته ای جدید فضایی (2025–)
در ژوئیه 2025، مدیر موقت ناسا به اداره مأموریت توسعه سیستم های تحقیقاتی ناسا دستور داد تا درخواست پیشنهادات (RFP) برای سیستم راکتور هسته ای را منتشر کند. این برنامه به دنبال توسعه راکتوری با قابلیت تولید حداقل 100 کیلووات برق و وزن حداکثر 15 تن است. هدف از این برنامه این است که راکتور تا پایان سال 2029 آماده پرواز باشد. این راکتور حداقل به مدت 10 سال در منطقه قطبی جنوبی ماه فعالیت خواهد کرد.
| به استثنای RTG های پربار و موفق، تاریخ برنامه های فضایی هسته ای ایالات متحده در درجه اول یکی از تلاش ها و لغو های ناموفق است و هر برنامه، از جمله RTG های نسبتا ساده تر، مشکلات را دست کم گرفته اند که منجر به دست کم گرفتن زمان، هزینه و تلاش توسعه شده است. |
تا اوایل سال 2026، ناسا برنامه‌هایی را برای توسعه هر دو راکتور فضایی-1 (SR-1) برای استفاده در فضا و راکتور قمری-1 (LR-1) برای استفاده در ماه نشان داد. هنوز برنامه های دقیق و جدول زمانی منتشر نشده است. با این حال، SR-1 با خروجی الکتریکی 20 کیلووات اعلام شد که یک هدف متوسط اما قابل دستیابی است. بخشی از ماموریت Skyfall ارسال هلیکوپترهای کوچک به مریخ تا سال 2028 خواهد بود که هدفی بسیار جاه طلبانه و برخی می گویند غیر واقعی است.
اگرچه یک رآکتور هسته ای برای استفاده در سطح ماه به نظر می رسد یک هدف کوتاه مدت عملی تر برای ناسا باشد، اما چنین رآکتوری به فرودگری نیاز دارد که بتواند آن را روی سطح قرار دهد، که در مقایسه با راکتور در فضا چالشی اضافی است.
The Discovery One توسط 2001: یک ادیسه فضایی، انرژی هسته ای داشت. مفاهیم اولیه سفینه فضایی دارای رادیاتورهای بزرگی برای دفع گرما بودند، اما کارگردان، استانلی کوبریک، آنها را حذف کرد زیرا فکر می کرد که آنها بیش از حد شبیه بال هستند. (اعتبار: MGM) |
نیروی هسته ای فضایی: تعقیب اتم های گریزان
رمان ها و فیلم های علمی تخیلی مانند 2001: یک ادیسه فضایی، یک سفینه فضایی را به تصویر می کشد که با موشک های هسته ای کار می کند. راکتورهای هسته‌ای و موشک‌های هسته‌ای همیشه به عنوان یک روش قدرتمند و پیشرفته برای اکتشاف فضایی تلقی می‌شوند، اما توسعه موفقیت‌آمیز این سیستم‌ها آسان نبوده است. به استثنای RTG های پربار و موفق، تاریخ برنامه های فضایی هسته ای ایالات متحده در درجه اول یکی از تلاش ها و لغو های ناموفق است و هر برنامه، از جمله RTG های نسبتا ساده تر، مشکلات را دست کم گرفته اند که منجر به دست کم گرفتن زمان، هزینه و تلاش توسعه شده است. دلایل متعددی برای این امر وجود دارد. همانطور که بهاویا لال و راجر ام. مایرز در گزارشی در سال 2025 اشاره کردند، سه دلیل اصلی شکست عبارت بودند از فقدان “جذابیت ماموریت”، فراگیری فناوری و به موقع بودن – اکثر پروژه های توسعه هسته ای بیش از حد طولانی شدند و از تغییرات در کنگره ها و دولت ها جان سالم به در نبردند.
بسیاری از این پروژه ها دو یا چند مورد از این عوامل را نشان می دهند. NERVA موشکی بود در جستجوی ماموریت مریخ که به آن نیاز داشت، و توسعه آن چنان طول کشید که حمایت سیاسی از بین رفت. SP-100 یک راکتور فضایی در جستجوی فضاپیمایی بود که به آن نیاز داشت و بودجه امنیت ملی در اوایل دهه 1980 تا پایان این دهه کاهش یافت. JIMO/Prometheus ماموریتی نبود که جامعه علمی از آن پشتیبانی کند (این (که «ماموریت را از دست داده بود» خیال باطل یک مدیر ناسا بود) و نیاز به توسعه رآکتوری قدرتمندتر از آنچه قبلاً کاوش شده بود داشت. اگرچه چند سال پس از شروع آن توسط یکی دیگر از مدیران ناسا لغو شد، اما هزینه آن به ناچار آن را از بین می برد.
از آنجایی که فناوری می‌تواند کارهایی فراتر از توانایی‌های سیستم‌های معمولی مانند پانل‌های خورشیدی انجام دهد، برنامه‌های انرژی هسته‌ای و نیروی محرکه فضایی قطعاً در آینده دنبال خواهند شد. در اینجا به موفقیت بیشتر است.
منابع
گزارش ممیزی بازرس کل وزارت دفاع، برنامه دسترسی ویژه Woodwind، گزارش شماره 93-033، 16 دسامبر 1992.
جیمز ای. دوار، تا پایان منظومه شمسی: داستان موشک هسته ای، انتشارات دانشگاه کنتاکی، 2003.
جورج دایسون، پروژه Orion: داستان واقعی فضاپیمای اتمی، کتاب جغد، 2003.
استفان پسگود، تاریخچه انرژی هسته ای فضایی، Science and Amp Global Security، ج1، شماره 1-2 (1989)، صص 93-108.
شورای ملی تحقیقات ارزیابی برنامه بین المللی توپاز، 27 ژوئن 1996
شورای ملی تحقیقات Thermionics Quo Vadis?ارزیابی برنامه تحقیق و توسعه پیشرفته DTRA Thermionics، 2001.
دفتر حسابداری عمومی، OSI-98-3R، برنامه انرژی هسته ای فضایی TOPAZ II: مسائل مدیریت، تامین مالی و قرارداد.
دفتر حسابداری عمومی، T-NSIAD-93-2، پیشرانه هسته ای فضایی: تاریخچه، هزینه، و وضعیت برنامه ها.
دفتر حسابداری عمومی، T-NSIAD-92-15، برنامه راکتور هسته ای SP-100: آیا باید ادامه یابد؟
جک اف. موند، “سیستم قدرت راکتور فضایی SP-100 برای اکتشافات ماه، مریخ و رباتیک”، چهل و سومین کنگره فدراسیون بین المللی فضانوردی، 28 اوت-5 سپتامبر 1992، IAF 92-0563.
گزارش نهایی پروژه پرومته، ناسا، آزمایشگاه رانش جت، 1 اکتبر 2005.
بهاویا لال و راجر ام. مایرز، “سنجش آینده: گزینه های استراتژیک برای رهبری هسته ای فضایی ایالات متحده”، INL/RPT-25-85616، آزمایشگاه ملی آیداهو، ژوئیه 2025.
“ناسا و دارپا موتور هسته ای را برای ماموریت های بعدی مریخ آزمایش می کنند.” اسپیس نیوز، 24 ژانویه 2023
جف فاوست، “برنامه های ناسا برای سیستم های قدرت شکافت قمری با چالش های مالی مواجه است.” اسپیس نیوز، 20 جولای 2023
لاکهید مارتین برای توسعه فضاپیمای هسته‌ای انتخاب شد. اسپیس نیوز، 26 ژوئیه 2023
“BWXT موتور راکتور هسته ای و سوخت پروژه فضایی دارپا را تامین خواهد کرد.” اسپیس نیوز، 28 ژوئیه 2023
ساندرا اروین، «نیروی هسته‌ای فضایی برای پیشرفت‌ها آماده است – اگر ناسا و وزارت دفاع متعهد بمانند» اسپیس نیوز، 8 آوریل 2025
جف فاوست، «دارپا می‌گوید کاهش هزینه‌های پرتاب، تحلیل‌های جدید منجر به لغو پروژه پیشران هسته‌ای دراکو شد.» اسپیس نیوز، 2 ژوئیه 2025
جف فاوست، “مطالعه جدید توسعه سریع سیستم های انرژی هسته ای فضایی را می طلبد.” اسپیس نیوز، 16 جولای 2025
جف فاوست، “صنعت از برنامه های ناسا برای تسریع کار بر روی راکتورهای هسته ای ماه حمایت می کند.” اسپیس نیوز، 8 آگوست 2025
جف فاوست، “ناسا برنامه هسته ای ماه را با تمرکز تجاری توسعه می دهد” اسپیس نیوز، 2 سپتامبر 2025
جف فاوست، «آنتارس ۹۶ میلیون دلار برای راکتورهای هسته‌ای روی زمین و فضا جمع‌آوری می‌کند» اسپیس نیوز، 3 دسامبر 2025
جف فاوست، “ناسا و سازمان DOE برای همکاری در رآکتور هسته ای ماه” اسپیس نیوز، 24 ژانویه 2026
جف فاوست، “ناسا برای آزمایش نیروی محرکه هسته ای-الکتریکی با ماموریت 2028 مریخ” اسپیس نیوز، 26 مارس 2026
جف فاوست، “پیشنهاد بودجه ای که آرتمیس 2 را تحت الشعاع قرار داد” اسپیس نیوز، 5 مه 2026
جف فاوست، “اشتعال طرح های آرتمیس را بازسازی می کند” اسپیس نیوز، 5 مه 2026
جف فاوست، “ناسا برای ساده سازی توسعه ماموریت نمایشی پیشرانه الکتریکی هسته ای کار می کند.” اسپیس نیوز، 4 ژوئن 2026
توجه: اکنون در حال تعدیل نظرات هستیم. در ارسال نظرات تاخیر وجود خواهد داشت و هیچ تضمینی برای ارسال تمامی نظرات ارسالی وجود ندارد.
