NASA wil kleine kernreactor op de maan

Een artist impression van NASA’s Fission Surface Power Project. Credit illustratie: NASA

NASA kende in 2022 drie contracten ter waarde van 5 miljoen dollar toe, waarbij elke commerciële partner de opdracht kreeg om een eerste ontwerp te ontwikkelen met daarin de reactor, zijn energieomzetting, warmteafvoer en energiebeheer- en distributiesystemen, geschatte kosten en een ontwikkelingsschema dat de weg zou kunnen vrijmaken voor een duurzame menselijke aanwezigheid op het maanoppervlak gedurende ten minste 10 jaar. “Een demonstratie van een nucleaire energiebron op de maan is nodig om aan te tonen dat het een veilige, schone en betrouwbare optie is”, zegt Trudy Kortes, programmadirecteur Technologiedemonstratiemissies binnen NASA’s Directoraat Ruimtetechnologiemissies op het NASA-hoofdkwartier in Washington. “De maannacht is technisch gezien een uitdaging, dus het hebben van een energiebron zoals deze kernreactor, die onafhankelijk van de zon werkt, is een optie die verkenning en wetenschap op de maan op de lange termijn mogelijk maakt.”

NASA plant een duurzame aanwezigheid op de maan en uiteindelijk Mars. Veilige, efficiënte en betrouwbare energie is de sleutel tot toekomstige verkenning door robots en mensen. Credit illustratie: NASA

Terwijl zonne-energiesystemen hun beperkingen hebben op de maan, kan een kernreactor in permanent beschaduwde gebieden worden geplaatst (waar zich waterijs kan bevinden) of continu stroom opwekken tijdens de maannachten, die 14,5 ‘aardedag’ duren. NASA ontwierp de vereisten voor deze eerste reactor open en flexibel om de commerciële partners in staat te stellen creatieve benaderingen aan te dragen voor technische evaluatie. “Er was een gezonde variëteit aan benaderingen; ze waren allemaal uniek ten opzichte van elkaar”, zei Lindsay Kaldon, projectmanager Fission Surface Power bij NASA’s Glenn Research Center in Cleveland. “We hebben ze expres niet veel eisen gegeven omdat we wilden dat ze buiten de gebaande paden zouden denken.” NASA gaf echter wel aan dat de reactor onder de zes ton moest blijven en 40 kilowatt (kW) elektrisch vermogen moest kunnen produceren, zodat er genoeg was voor demonstratiedoeleinden en er extra vermogen beschikbaar was voor maanhabitats, rovers, back-up netten of wetenschappelijke experimenten. In de VS kan 40 kW gemiddeld 33 huishoudens van stroom voorzien.

NASA heeft ook als doel gesteld dat de reactor een decennium zonder menselijke tussenkomst moet kunnen werken, wat de sleutel is tot succes. Veiligheid, vooral met betrekking tot stralingsdosis en afscherming, is een andere belangrijke drijfveer voor het ontwerp. Naast de gestelde eisen stelden de partnerschappen zich ook de manier voor waarop de reactor op afstand zou worden ingeschakeld en bestuurd. Ze identificeerden mogelijke storingen en overwogen verschillende soorten brandstoffen en configuraties. De combinatie van terrestrische nucleaire bedrijven en bedrijven met expertise in de ruimte zorgde voor een breed scala aan ideeën. NASA is van plan om de drie fase 1-contracten te verlengen om meer informatie te verzamelen voor fase 2, wanneer de industrie zal worden gevraagd om de uiteindelijke reactor te ontwerpen die op de maan zal worden gedemonstreerd. “Deze extra kennis zal het agentschap helpen om de eisen voor Fase 2 vast te stellen”, zegt Kaldon: “We krijgen veel informatie van de drie partners. We moeten de tijd nemen om alles te verwerken en te kijken wat zinvol is om fase 2 in te gaan en het beste uit fase 1 te halen om eisen te stellen voor het ontwerpen van een systeem met minder risico’s.”

Na Fase 2 is de streefdatum voor het afleveren van een reactor op het lanceerplatform begin 2030. Op de maan zal de reactor een demonstratie van een jaar geven, gevolgd door negen operationele jaren. Als alles goed gaat, kan het reactorontwerp worden bijgewerkt voor mogelijk gebruik op Mars. Naast de voorbereidingen voor Fase 2 heeft NASA onlangs Rolls Royce North American Technologies, Brayton Energy en General Electric contracten toegekend voor de ontwikkeling van Brayton-elektriciteitsomzetters. Thermische energie die wordt geproduceerd tijdens kernsplijting moet worden omgezet in elektriciteit voordat deze kan worden gebruikt. Brayton-omzetters lossen dit op door gebruik te maken van warmteverschillen om turbines in de omzetters te laten draaien. De huidige Brayton-omzetters verspillen echter veel warmte, dus NASA heeft bedrijven uitgedaagd om deze motoren efficiënter te maken.

Ellen Bausback – Editor/Writer