火星で大量の電力供給が可能になるかもしれない。NASAが宇宙原子炉「キロパワープロジェクト」を実験中

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本記事は、NASA Is Testing A Space Nuclear Reactor | Kilopower Projectを
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約3分3秒

「キロパワープロジェクト」は新しいものではありません。2015年10月、NASAはこのプロジェクトを宇宙の原子炉を目的に開始しました。2017年9月には、テスト炉が建設されました。この6.5フィートの高さの原子炉は最大1キロワットの電力を作り出すことができます。

NASAは開発フェーズを完了し、この原子炉を文字通りレッドプラネットの表面で宇宙飛行士に力を供給できるかをテストしようとしています。これだけではなく、生息地にエネルギーを与えたり、火星の資源を空気や水に変換する準備さえしています。

この実験は2017年11月にすでに開始しており、2018年初頭には実現しています。NASAはアメリカ合衆国エネルギー省のネバダ核実験場と共同し、核分裂炉技術を評価しています。より詳しくこの「キロパワープロジェクト」について掘り下げていきましょう。

目的と要素

目的は、将来の宇宙ミッションのために、コンパクトで拡張性のある、低コスト核分裂炉技術を開発することです。試作品キロパワーはウラン235の炉心、熱を転送するための受動的ナトリウムヒートパイプ、熱を電力に圧縮する飛行可能なスターリングエンジンを備えています。

これは、NASA科学ミッション局（SMD）がミッションを調査し、NASAのPu238への依存を削減し、ラジオアイソトープ・パワーシステム（RPS）と40キロワット級の核分裂炉技術の間のギャップを埋めることを可能にする、人類探査・運用ミッション本部（HEOMD）の火星表面探査ミッションにモジュラーオプションを提供することを想定しています。

なぜ、キロパワーなのか？

キロパワー技術デモは、宇宙に原子炉システムを構築するのに実用的で手ごろなステップです。その小さなハートウェアのサイズ（トイレットペーパー程のサイズ）と低力レベルで規制当局内の現在の設備利用を可能にします。

原子炉の中心は現行の資産で製造され輸送されており、試作品のテストに利用された同じモジュールはDOE施設に変換され核実験で使うことができました。

火星の表面のような特に厳しい環境下で、高エネルギー密度電源を提供し、太陽エネルギーに依存しない動作をします。NASAが試しているこの技術は、様々な宇宙ミッションで利用されており、核分裂炉が宇宙研究を刺激する新しいパラダイムを構築するための最初のステップになるかもしれません。

太陽に依存しない電源

50年以上NASAは、キュリオシティ・ローバーや2つのバイキングの火星着陸船やアポロ、ニューホライゾンズ、2つの旅客宇宙船、カッシーニミッションのようなRTG（ラジオアイソトープ熱電発電機）を使っていくつかのミッションを遂行してきました。RTGは、動く部品や放射性同位元素の熱源の自然減衰の熱利用などなしで、電力を受動的に作り出します。

一方でキロパワープロジェクトは地球外の表面や場所への長続きする太陽に依存しない電力を実現するための小さなアプロ―チです。1から10キロワット（1台のトースターから家庭全体の電力を供給するのに十分な容量）の電力を作り出し約10年続きます。

設計と試験

試作品はネバダ国際安全保障局のネバダ砂漠で試験されました。原子炉の電源はオンになる前（核分裂開始前）、原子炉の燃料は安全で、放射性も低いです。核分裂している原子炉は熱をスターリング・コンバーターへ伝達し、それぞれのコンバーターは約100ワット作り出します。ハードウェアは約28時間のフルパワーテストを行います。

この試験の一番の目的は、システム全体のパフォーマンスを予測し、TRL（技術成熟度）を5にすることです。これは、真空環境で行われたブレッドボードテストで、宇宙のような環境で部品を動作させます。

原子炉の中心は、ウランで満たされた直径6インチのシリンダーです。このウラン炉心は、酸化ベリリウム（BeO）リアクターに囲まれており、炭化ホウ素の単一の棒が原子炉を動かすのに利用されています。

原子炉は確立された核物理学に基づいて核分裂反応を自己制御します。これは、複雑なコントロールシステムの必要性を排除します。上記で述べたように、原子炉は熱を作り出すために核分裂を利用し、熱パイプを通じてスターリングコンバーターへ伝達されます。これらのコンバータはその時、熱を電力へ変換します。冷却器はスターリングコンバーターを冷たく保つために利用されます。

利点

火星探索のための原子力システムを所有することは、ゲームチャンジャ―になるでしょう。私達は、電力の必要性を夜や砂嵐を軽減する太陽光の間心配したことはありません。それは、火星にいたとしても絶え間なく供給されるでしょう。また、これにより火星の北の高緯度地域を含む着地点の可能性を広げられます。この技術は月面探査の目的にも適しています。

このプロジェクトは、近い将来の宇宙ミッションに1キロワットを提供するため、キロパワーと名付けられています。これまではより少ない使用量に制限されていました。現在は、数キロワット供給することができますが、将来は数百キロワットもしくは、メガワットの電力を供給できるようになるでしょう。

更新（2018.5）：NASAはスターリング技術を利用してキロパワー原子炉の実演に成功