Компании Ad Astra и Space Nuclear Power Corporation объединили усилия по созданию комбинированной ядерно-электрической силовой установки для ускорения полётов по Солнечной системе. Плазменной двигательной установкой занимается Ad Astra, а источником энергии на распаде ядер — SpaceNukes. Испытания прототипа ожидаются в конце десятилетия с началом коммерциализации к середине 30-х годов, что позволит резко сократить время полёта к Марсу и дальше.

Источник изображений: techspot.com

Проектированием систем электрического (плазменного) ракетного двигателя VASIMR компания Ad Astra занимается более 20 лет. Двигатель VASIMR или магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (variable specific impulse magnetoplasma rocket) как и любой другой ионный ракетный двигатель работает за счёт использования мощных электромагнитных полей для ионизации и ускорения топлива (рабочего тела), создавая высокоскоростной плазменный выброс.

Плазменные или ионные двигатели экономичны, но их тяга очень низкая. Проблему со слабой тягой может решить мощный источник питания от выбора которого, кстати, ионные двигатели не зависят — подойдёт любой. Для двигателя VASIMR требуются источники питания мощностью в несколько сотен киловатт. Прототип VASIMR VX-200, например, требует 200 кВт входной мощности. Подобную и более высокую мощность не смогут обеспечить ни радиоизотопные источники питания, ни солнечные батареи — энергетическая основа современной космонавтики.

Теперь поддержку Ad Astra решает оказать компания SpaceNukes. В 2018 году она показала прототип портативного космического ядерного реактора мощность 1 кВт и пообещала представить 10-кВт источник электричества с продолжительностью работы не менее 10 лет. Объединение усилий позволит создать интегрированную силовую ядерно-электрическую установку для космических кораблей. Если планы компаний будут воплощены в жизнь, то появится возможность достичь Марса и вернуться обратно за считанные месяцы, вместо примерно двух лет, как это возможно с использованием современных двигателей на химическом топливе.

Meta✴ Platforms подтвердила своё намерение использовать ядерную энергетику для питания собственных центров обработки данных в США. По данным источника, компания готова принять предложение о сотрудничестве от компании, работающей в сфере ядерной энергетики, с целью добавить к уже имеющимся мощностям от 1 до 4 гигаватт энергии к началу следующего десятилетия.

Источник изображения: Bermix Studio/Unsplash

В сообщении сказано, что Meta✴ продолжает искать партнёров, имеющих опыт работы с «малыми модульными реакторами (SMR), либо с более крупными ядерными реакторами». Отмечается, что компания «географически независима» в отношении местоположения потенциальных ядерных объектов. Ранее в этом году Meta✴ уже планировала построить в США «атомный» ЦОД, но от этого проекта пришлось отказаться из-за того, что в районе потенциального строительства ядерного объекта обитает редкий вид пчёл.

«Поскольку инновации приносят значительные технологические достижения во всех секторах и поддерживают экономический рост, мы считаем, что ядерная энергетика может помочь обеспечить надёжную базовую мощность для поддержки растущих потребностей электросетей, которые питают наши центры обработки данных (физическая инфраструктура, на базе которой работают платформы Meta✴), а также окружающие их сообщества», — говорится в заявлении компании.

Meta✴ — не единственная крупная технологическая компания, которая стремится использовать ядерную энергетику для реализации своих амбиций в сфере искусственного интеллекта. Не так давно Google объявила о подписании соглашения, в рамках которого на территории США будет построено несколько реакторов с целью получения 500 мегаватт энергии. Ранее в этом году Microsoft заявила о желании возродить атомную электростанцию в Пенсильвании, чтобы стимулировать развитие ИИ-технологий.

Amazon объявила о трёх новых соглашениях на проектирование и строительство малых модульных реакторов (Small Modular Reactor, SMR). Эти ядерные реакторы значительно меньше традиционных, что позволяет быстрее их строить и размещать ближе к потребителю. Microsoft и Google также недавно сообщили о подобных инвестициях в ядерную энергетику.

Источник изображения: Amazon

Один из проектов Amazon подразумевает разработку четырёх SMR совместно с Energy Northwest, вашингтонским консорциумом государственных коммунальных предприятий. Первоначальная генерируемая мощность составит около 320 мегаватт с потенциалом до 960 мегаватт. Одновременно заключено соглашение с компанией X-energy — разработчиком передовой конструкции ядерного реактора для проекта Energy Northwest.

На противоположном побережье США Amazon совместно с коммунальной компанией Вирджинии Dominion Energy изучает возможность постройки SMR вблизи существующей атомной электростанции. Это обеспечит дополнительную генерацию порядка 300 мегаватт электроэнергии.

Amazon утверждает, что эти проекты создадут новые рабочие места, например, соглашение с Energy Northwest приведёт к созданию 1000 временных рабочих мест на время строительства и около 100 постоянных рабочих мест после запуска реактора.

Этим летом Amazon объявила, что достигла своей цели по обеспечению соответствия своего потребления энергии возобновляемым источникам энергии на семь лет раньше, чем планировала. Однако некоторые сотрудники Amazon и эксперты по охране окружающей среды обвинили компанию в «искажении правды». Они утверждают, что объекты солнечной и ветровой энергетики используются всей энергосистемой, а не только Amazon.

Google объявила о подписании соглашения со стартапом в области ядерной энергетики Kairos Power о строительстве небольших реакторов для снабжения электроэнергией своих центров обработки данных. В рамках соглашения компания получит 500 МВт безуглеродной электроэнергии — сейчас спрос на источники питания для ЦОД и ИИ резко вырос.

Источник изображений: youtube.com/@Google

Новые электростанции, сообщили в Google, должны быть введены в эксплуатацию к концу десятилетия. Пока отсутствует ясность, будут ли объекты компании подключаться напрямую, то есть «вне счётчика», или электроэнергия будет подаваться в общую сеть. Google следует примеру Microsoft и Amazon, которые для удовлетворения своей потребности в электроэнергии обратились к ядерной энергетике. В марте Amazon сообщила о намерении построить в штате Пенсильвания ЦОД и напрямую подключить его к близлежащей АЭС; Microsoft в сентябре договорилась с Constellation Energy о перезапуске реактора в Three Mile Island, который был закрыт в 2019 году.

Если Kairos уложится до 2030 года, она опередит собственные прогнозы — ещё в июле компания планировала запустить коммерческую эксплуатацию своих объектов к началу 2030-х годов. Но ей придётся состязаться со стартапами, которые выбрали направление термоядерного синтеза — они намереваются запустить промышленные электростанции до 2035 года. Kairos — стартап, который специализируется на малых модульных ядерных реакторах (SMR), которые обещают удешевить и ускорить строительство атомных электростанций. Большинство существующих АЭС представляют собой масштабные объекты, вырабатывающие от 1000 МВт, но их проектирование занимает годы, а строительство требует десятилетий. В 2023 и 2024 годах в американской Джорджии были введены в эксплуатацию блоки Vogtle 3 и 4 — до этого новый объект был запущен лишь в 2016 году; запуск блоков запоздал на семь лет, а бюджет был превышен на $17 млрд.

Стартапы в области SMR пытаются сделать строительство ядерных реакторов быстрее и дешевле, используя методы массового производства, что способствует сокращению затрат и ускорению строительства. Kairos, вдобавок, предлагает охлаждать реакторы не водой, а расплавленными солями фторида лития и фторида бериллия; компания также получила одобрение на строительство демонстрационного реактора мощностью 35 МВт. Однако пока коммерческие SMR ещё не введены в эксплуатацию, их экономика остаётся в значительной степени непроверенной. Конструкции Kairos на основе расплавленных солей ещё предстоит доказать свои преимущества перед водяным охлаждением, за которым стоят десятилетия опыта.

Важным аспектом остаётся и общественное мнение: 56 % американцев поддерживают ядерную энергетику, а 44 % остаются её противниками, согласно данным Pew Research. Этот показатель может измениться, когда будут выбраны места для установки реакторов: респондентов спрашивали о перспективах отрасли в целом, но не предупреждали, что реакторы могут появиться неподалёку от населённых пунктов. Намного больше людей поддерживают ветровую и солнечную энергетику — они доступны уже сегодня и обходятся дешевле, чем новые АЭС.

Британская компания Rolls-Royce представила первые детали о своём микрореакторе следующего поколения, который будет сочетать инновационные технологии и урановое ядро, окружённое множественными защитными слоями. Разработка может кардинально изменить подход к производству энергии.

Источник изображений: Rolls-Royse

Согласно информации, предоставленной компанией на своём веб-сайте, микрореакторы, как и малые модульные реакторы (SMR), используют передовые ядерные технологии, являясь частью «ядерного портфеля» Rolls-Royce. Однако предназначены эти системы для разных задач.

Как сообщает издание Tweak Town, микрореактор Rolls-Royce сможет генерировать от 1 до 10 МВт энергии, а благодаря своей компактности станет мобильным источником питания. Система поместится всего в нескольких транспортных контейнерах, так что, по сути, можно говорить о передвижном современном ядерном генераторе. Компания сравнивает его с малым модульным реактором, который вырабатывает 0,5 ГВт мощности и работает со стационарной площадки размером примерно с два футбольных поля.

Подчёркивается, что микрореактор предложит высокую удельную мощность, которая позволит ему эффективно, гибко и устойчиво обеспечивать широкий спектр операционных потребностей. Он сможет обеспечивать подачу электроэнергии и тепла по требованию. При этом ключевым преимуществом является его масштабируемость, благодаря которой агрегат легко можно транспортировать по железной дороге, морем и даже отправить в космос, делая его универсальным и надёжным источником энергии. В нём будет применяться безопасное топливо, а внутри ядра каждая порция урана окружена несколькими защитными слоями, что позволяет выдерживать даже самые экстремальные условия.

Rolls-Royce предлагает четыре сценария применения своей разработки: для обороны, для обеспечения энергетической безопасности в отдалённых гражданских районах, для промышленных зон и в космосе. Любой из этих сценариев может стать «переломным для нашей цивилизации», считает компания.

Также микрореактор может быть использован для центров обработки данных искусственного интеллекта, которые потребляют невообразимое количество энергии. Те же полупроводниковые компании, такие как TSMC и Intel, смогут использовать реактор для решения массы проблем, связанных с электроэнергией и подачей воды для охлаждения оборудования, что, в целом, открывает новые возможности для развития технологий.

В Канаде построят первый в мире микромодульный ядерный реактор. Местом строительства был выбран исследовательский центр Canadian Nuclear Laboratories в деревне Чок-Ривер, расположенной в округе Ренфру канадской провинции Онтарио. Установку разработала компания Global First Power.

Источник изображений: CTV News

«Один из таких реакторов сможет обеспечивать электроэнергией 5000 человек в течение 20 лет. При этом объём радиоактивных отходов от такой установки составит всего 1 кубический метр», — прокомментировал исполнительный директор Global First Power Джос Дининг (Jos Diening) в интервью CTV News.

Целью Global First Power является использование компактных реакторов для обеспечения электроэнергией удалённых регионов, не подключённых к общей канадской энергетической системе, что особенно актуально в северной части страны.

«На севере живёт много людей. Это открывает для нас большой потенциал. Мы хотим заменить дизельные генераторы. Одна из наших установок способна произвести объём электроэнергии эквивалентный объёму, полученному при сжигании 200 млн литров дизельного топлива», — добавил Дининг.

Микромодульные реакторы будут состоять из 90 частей, каждая из которых будет иметь размеры грузовика. Эти части (или модули) будут производиться в том числе и в центрах CNL. Затем модули будут транспортировать на нужное место, где из них будет собираться реактор. Процесс чем-то напоминает сборку конструктора Lego. В собранном виде размеры реактора не будут превышать площадь футбольного поля.

Первый из таких реакторов возведут в Чок-Ривер. В качестве демонстрации он будет обеспечивать электроэнергией кампус CNL. Построить реактор планируют к 2027 году.

«Это идеальное место для демонстрации возможности реактора, поскольку это по сути удалённый населённый пункт. Если мы сможем сделать это здесь, то сможем везде», — прокомментировала Эми Готтшлинг (Amy Gottschling), вице-президент по науке, технологиям и коммерции компании Atomic Energy of Canada Ltd., которой принадлежит кампус CNL.

Институт передовых концепций NASA (NIAS) выдал компании Positron Dynamics грант на разработку ядерного ракетного двигателя нового типа — FFRE (fission fragment rocket engine) или двигателя на осколках деления. Для реализации проекта Positron Dynamics предложила новый и неожиданный вид топливной сборки в виде легчайшего аэрогеля с вкраплениями урана. Это лучшее, что можно предложить для космоса, где каждый грамм на вес золота.

Источник изображения: NASA

Двигатели на осколках деления — это давно предложенная концепция. Сегодня ядерные двигатели в целом выходят на передний план в качестве перспективных для освоения как далёких уголков Солнечной системы, так и для полётов в ближнем космосе, где они обеспечат манёвренность и постоянный контроль над пространством. В отличие от ядерных ракетных двигателей с нагревом реактивного вещества, двигатели на осколках деления создают реактивную тягу за счёт самих продуктов деления. Это означает, что дополнительной реактивной массы не нужно и её можно заменить полезной нагрузкой.

Фактически в двигателях FFRE происходят те же процессы, что в реакторах атомных электростанций на Земле. Но в ракетном двигателе продукты деления в виде плазмы необходимо направить строго в заданном направлении для создания тяги и для защиты компонентов двигателя и корабля от разрушения неуправляемыми потоками радиоактивного вещества. Тем самым разработчикам необходимо решить два вопроса: максимальное облегчение топливных сборок с сохранением удобства обращения и контроль контура плазмы в двигателе.

Задачу максимального облегчения топливных сборок компания Positron Dynamics обещает решить с помощью упаковки урана в аэрогелевую структуру. Что касается удержания плазмы, то здесь на выручку придут сверхпроводящие магниты. Развитие сверхпроводящих магнитов значительно подстегнули исследования в области термоядерных реакторов. Там тоже необходимо удерживать перегретую плазму во избежание разрушения стенок реакторов. В отрасли достаточно наработок, чтобы их можно было использовать для конструирования ракетного двигателя с управляемым контуром плазмы, уверены в Positron Dynamics и в NASA также придерживаются этого мнения.

Компания Rolls-Royce опубликовала в своём аккаунте в Twitter изображение ядерного реактора, способного обеспечить электроэнергией лунную базу или космические миссии на Марс и к другим планетам. Тем самым компания дала понять, что занимается разработкой технологий для освоения космоса, как те же SpaceX и Blue Origin, а также другие технологические компании.

Источник изображения: Rolls-Royce

Rolls-Royce также объявила о заключении соглашения о сотрудничестве с Космическим агентством Великобритании с целью исследования возможности использования ядерной энергии для освоения космоса. Как известно, на днях Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США и Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) сообщили о сотрудничестве с целью создания ядерного теплового двигателя, который будет использоваться в ракетах для полётов в дальний космос.

Показанный микрореактор, разработанный Rolls-Royce, представляет собой автономное и энергоёмкое решение для использования в космических исследованиях поверхности других планет или спутников, или для обеспечения питанием космического корабля.

«Микрореактор Rolls-Royce разработан для использования изначально безопасной и чрезвычайно прочной формы топлива. Каждая ячейка урана покрыта несколькими защитными слоями, которые действуют как система локализации, что позволяет ей выдерживать экстремальные условия», — указала Rolls-Royce.

Джейк Томпсон (Jake Thompson), руководитель отдела инновационных продуктов и услуг Rolls-Royce сообщил, что компания использует имеющийся опыт для разработки небольших реакторов, которые будут применяться на базах на Луне или Марсе, «обеспечивая надёжную и чистую энергию для астронавтов в этих локациях».

Впрочем, Rolls-Royce не собирается останавливается на лунных базах и в партнёрстве с Космическим агентством Великобритании займётся изучением того, как можно использовать ядерную энергию для других направлений освоения космоса.

Группа учёных инженерного факультета Корнеллского университета получила грант NASA на разработку керамических радиаторов для охлаждения силовых ядерных установок для космоса. Керамика обеспечит снижение веса радиаторов и работу агрессивных хладагентов, что невозможно в случае металлических тепловых трубок и радиаторов. Также керамика позволит 3D-печать радиаторов из пористых материалов, повышая их эффективность и облегчая производство.

Источник изображения: NASA

Согласно новой стратегии Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) и ООН, дальнейшее освоение космоса станет невозможным без переноса ядерных технологий в космические программы. В США оборонные исследовательские ведомства уже начали запускать соответствующие программы и выдавать гранты. Космические корабли с силовыми ядерными установками от электрических до использующих энергию деления ядер для реактивного выброса рабочего вещества смогут летать дальше и дольше, а без этого изучение и освоение Солнечной системы не имеет значимых перспектив.

Исследователи из Корнеллского университета получили деньги на работу в рамках программы AdVECT (Additive Vehicle-Embedded Cooling Technologies). Проект направлен на создание новых керамических теплоотводящих технологий, пригодных для ядерных энергетических систем, включая атомные реакторы для работы на поверхности планет (Fission Surface Power), которые однажды смогут обеспечить работу лунной базы, и ядерные электрические двигатели, которые смогут эффективно направлять ракеты к Марсу.

В рамках гранта учёные будут разрабатывать новые керамические смолы и методы аддитивного производства для 3D-печати таких компонентов, как пористые керамические радиаторы со встроенными теплопроводами. Для оптимизации механической прочности и других свойств керамики будут использоваться рентгеновская съёмка, термический анализ и испытания в вакуумной камере.

Перед учёными стоит задача преодолеть ограничения в технологиях охлаждения, которые сегодня используются для освоения космоса, а это относительно тяжёлые радиаторы с металлическими тепловыми трубками, что ограничивает будущие миссии. Более лёгкая по весу альтернатива в виде углеродно-композитных материалов также не подходит для решения таких задач, поскольку такие материалы плохо переносят космические условия. Зато керамика открывает небывалые перспективы в космических системах охлаждения, что учёные берутся доказать на практике.