Ten projekt to coś więcej niż tylko technologiczna ciekawostka. Stanowi kluczowy element strategii mającej na celu umożliwienie długotrwałej, a może nawet stałej, ludzkiej obecności poza naszą planetą. Bez stabilnego i wydajnego źródła zasilania marzenia o księżycowych koloniach czy załogowych misjach na Marsa pozostaną pięknymi, lecz nierealnymi wizjami.
Energia dla księżycowych baz. Reaktor o mocy 500 kilowatów
Obecne misje kosmiczne, takie jak sondy Voyager czy łaziki marsjańskie, opierają się na radioizotopowych generatorach termoelektrycznych (RTG). Wytwarzają one energię z rozpadu plutonu-238, ale ich moc jest bardzo ograniczona – liczy się ją w zaledwie kilku lub kilkudziesięciu watach. Planowany przez NASA reaktor miałby generować aż 500 kilowatów energii elektrycznej, co oznacza wielotysięczny skok wydajności. Taka moc pozwoliłaby na stałe zasilanie habitatów, zaawansowanego sprzętu naukowego, systemów podtrzymywania życia, łączności, a nawet wstępnych operacji wydobywczych, które są uważane za przyszłość kosmicznej gospodarki. Dla porównania, Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, z wszystkimi swoimi panelami słonecznymi, generuje na orbicie około 120 kilowatów.
Czytaj także: Mikroreaktor jądrowy zasili w energię bazę na Księżycu. Wyprodukuje go Rolls-Royce
Sebastian Corbisiero z Idaho National Laboratory zwraca uwagę, że energia jądrowa to jedyna realna opcja dla miejsc pozbawionych stabilnego dostępu do światła słonecznego, jak stale zacienione kratery na biegunach Księżyca, czy dla misji w dalsze rejony Układu Słonecznego, gdzie promienie Słońca są zbyt słabe. Reaktory rozszczepieniowe dają szansę na jakościowy skok w ilości dostępnej mocy w przestrzeni kosmicznej, co jest warunkiem sine qua non ambitniejszych przedsięwzięć.
Trzy drogi do kosmicznej dominacji. Od ostrożnej po bardzo ambitną
Eksperci z Idaho National Laboratory opracowali raport analizujący trzy możliwe ścieżki rozwoju. Najbardziej śmiała, nazwana „Go Big or Go Home”, zakłada bezpośrednie dążenie do budowy potężnego systemu o mocy od 100 do 500 kilowatów. Programem takim miałaby kierować NASA lub Departament Obrony przy wsparciu merytorycznym Departamentu Energii.
Druga strategia, „Chessmaster’s Gambit”, jest nieco bardziej złożona i opierałaby się na partnerstwach publiczno-prywatnych. Przewiduje rozwój dwóch równoległych, mniejszych systemów o mocy poniżej 100 kilowatów każdy. Jeden, pod egidą NASA, służyłby zasilaniu instalacji na orbicie lub powierzchni Księżyca. Drugi, zarządzany przez Departament Obrony, miałby zastosowania czysto kosmiczne, być może militarne.
Trzecia, najbardziej ostrożna opcja „Light the Path”, koncentruje się na małym, demonstracyjnym systemie o mocy poniżej jednego kilowata. Choć jego praktyczne zastosowania byłyby mocno ograniczone, pomógłby on wypracować niezbędne ramy prawne, procedury bezpieczeństwa i podstawy technologiczne dla większych projektów. Autorzy raportu zauważają jednak, że tylko skok do skali setek kilowatów zapewni Stanom Zjednoczonym prawdziwe przywództwo w tej strategicznej dziedzinie.
Ekstremalne wyzwania. Jak zbudować reaktor dla kosmosu
Przeniesienie technologii jądrowej w kosmos to nie jest proste przepakowanie naziemnej elektrowni w rakietę. Projektowanie takiego reaktora to zupełnie nowa klasa problemów inżynieryjnych. Przede wszystkim każdy gram masy ma kolosalne znaczenie i koszt, ponieważ wszystko musi zostać wyniesione z Ziemi. Konstrukcja musi być więc niezwykle lekka, a jednocześnie wytrzymała na wibracje startu.
Tradycyjne rozwiązania z Ziemi się nie sprawdzą. Woda jako chłodziwo odpada – wymagałaby ciężkich, grubościennych zbiorników ciśnieniowych. Dlatego naukowcy pracują nad wysokotemperaturowymi systemami, które wykorzystują np. ciekłe metale lub gazy, pozwalając na osiągnięcie dużej mocy przy relatywnie niskiej masie. Cały system musi być zdolny do samodzielnej, bezobsługowej pracy przez co najmniej 10 lat, podczas gdy naziemne reaktory wymagają regularnych przestojów na konserwację i wymianę paliwa co 18-24 miesiące.
Dodatkowo, konstrukcja musi przetrwać ekstremalne warunki: ogromne wahania temperatury (od ponad 100°C w dzień księżycowym do -150°C w nocy), nieustanne bombardowanie promieniowaniem kosmicznym i mikrometeoroidami. A przede wszystkim musi być absolutnie bezpieczna. Projekt musi wykluczyć przypadkowy rozruch w razie awarii podczas startu, a po zakończeniu pracy reaktor nie może nigdy ponownie wejść w atmosferę Ziemi, stając się wysokoradioaktywnym śmieciem kosmicznym.
Idaho National Laboratory. Centrum rozwoju kosmicznej energetyki jądrowej
Kluczową rolę w tym przedsięwzięciu odgrywa Idaho National Laboratory (INL), które pełni funkcję centralnego ośrodka technicznego. To właśnie tam koordynowane są prace wielu amerykańskich laboratoriów narodowych, testowane są koncepcje reaktorów i kwalifikowane paliwo jądrowe. INL dysponuje unikalną infrastrukturą, jak Transient Reactor Test Facility, gdzie przeprowadza się kluczowe testy zachowania paliw w ekstremalnych warunkach.
Czytaj także: Na Księżycu mogą rosnąć rośliny. Potwierdziły to eksperymenty
Sebastian Corbisiero z INL podsumowuje, że znajdujemy się u progu potencjalnie przełomowego momentu dla kosmicznej energetyki jądrowej. To przedsięwzięcie, które może zmienić sposób, w jaki ludzkość myśli o eksploracji kosmosu, przesuwając ją z etapu krótkich wizyt na etap trwałej obecności.
Realne szanse i widmo opóźnień
Cel postawiony przez NASA – działający reaktor na Księżycu do 2030 roku – jest niezwykle ambitny. Wymaga bezprecedensowej współpracy między agencjami rządowymi, laboratoriami badawczymi i firmami prywatnymi. Historia podboju kosmosu uczy, że takie harmonogramy mają tendencję do przesuwania się w prawo, zwłaszcza gdy mowa o technologiach tak nowych i wymagających.
Mimo entuzjazmu środowiska naukowego warto zachować zdrowy realizm. Wyzwania techniczne, logistyczne i finansowe są kolosalne. Sukces lub porażka tego projektu mogą zadecydować nie tylko o tempie amerykańskiego programu księżycowego Artemis, ale także o kształcie przyszłej kosmicznej gospodarki. Jeśli się uda, energia jądrowa może stać się fundamentem, na którym zbudujemy naszą pozaziemską przyszłość. Jeśli nie – na długie lata utkniemy przy dotychczasowych, znacznie bardziej ograniczonych technologiach. Gra toczy się o bardzo wysoką stawkę.