Atomowy kocioł na Srebrnym Globie

Zapewnienie amerykańskim selenonautom tak potężnego źródła energii ma kluczowe znaczenie dla planu kolonizacji i eksploatacji naszego satelity. A nawet więcej – według ekspertów, 100-kilowatowy reaktor mógłby zrewolucjonizować astronautykę, pozwalając wreszcie projektować urządzenia optymalnie do celu, jaki chce się osiągnąć, a nie dostosowywać cel do niewielkich ilości energii dostępnych obecnie w misjach kosmicznych.

Dziś to zwykle kilkaset watów – wystarczających z trudem do zasilania sondy lub łazika. 100 kW to z kolei moc pozwalająca zasilić nawet do 240 domostw dziennie (zakładając średnie zużycie jednego polskiego gospodarstwa na poziomie 10 kWh) lub około 40 domostw w szczycie poboru prądu. Wystarczająco dużo, by zasilić stację księżycową i ładować akumulatory obsługujących ją pojazdów. A także, by zapewnić szansę przetrwania przyczółkom ludzkości na Marsie czy w pasie asteroidów.

Ów ambitny plan ogłosił obecny tymczasowy administrator NASA, Sean Duffy, w opublikowanej 31 lipca br. „Dyrektywie NASA dotyczącej reaktora księżycowego”. Impuls – jak to zwykle w przypadku kosmicznych inicjatyw rządowych bywa – dali geopolityczni rywale. Jak podkreślił Duffy, od 2024 r. Chiny i Rosja co najmniej trzykrotnie zapowiadały wspólne działania mające na celu umieszczenie reaktora na Księżycu do połowy lat 30. XXI wieku. Nietrudno się domyślić, że termin o około pięć lat bliższy oznacza zarówno możliwość niewielkiego opóźnienia NASA, jak i ewentualnego przyspieszenia prac po stronie Rosji i Chin.

Dlaczego pierwszeństwo jest tak ważne? Ten, kto pierwszy wyląduje na Księżycu i założy tam stałą bazę, będzie mógł wyznaczyć wokół niej nienaruszalną strefę bezpieczeństwa. Prawo – w tym tyleż archaiczny, co enigmatyczny Traktat o przestrzeni kosmicznej z 1967 r. – nie określa zasad kolonizacji Księżyca precyzyjnie, co pozostawia szerokie pole do nadużyć. Amerykanie zakładają, że taki kordon wokół bazy obejmie kilka mil kwadratowych. Znając sposób działania Rosji, można przypuszczać, że powyższe przewidywania to mrzonka – Rosjanie roszczą sobie prawo do wszystkiego, co tylko się da, w tym do najcenniejszych złóż regolitu zawierającego wodę w okolicach bieguna południowego.

Przyspieszenie prac nad superreaktorem, zaordynowane przez Duffy’ego, ma sens, choć osiągnięcie celu będzie niezwykle trudne – choć nie niemożliwe. NASA nie podchodzi do tego typu wyzwania po raz pierwszy. W 2020 r. rozpoczęto prace nad reaktorem o mocy 40 kW. W projekt zaangażowały się m.in. firmy z sektora lotniczo-kosmicznego – Aerojet Rocketdyne, Boeing i Lockheed Martin – a także przedsiębiorstwa jądrowe BWXT, Westinghouse i X-Energy, firma inżynieryjna Creare oraz Intuitive Machines i Maxar, specjalizujące się w technologiach kosmicznych.

Prace koncepcyjne szły nieźle, lecz ograniczeniem okazał się wyznaczony przez NASA limit masy – 6 ton. Duffy zakłada, że w nowym projekcie użyty zostanie ciężki lądownik zdolny przenosić do 15 ton, co radykalnie zmienia sytuację. Paliwo jądrowe i niektóre części reaktora, jak radiatory, będzie można dostarczać w osobnych lotach.

Dziś to nie masa jest największym wyzwaniem, lecz chłodzenie. Na Ziemi powszechnie stosuje się powietrze owiewające radiatory – na Księżycu, bez atmosfery, to niemożliwe. Chłodzenie wodą? To najcenniejszy zasób dla selenonautów. Innym płynem? Trzeba uwzględnić, że grawitacja Księżyca to zaledwie jedna szósta ziemskiej, co wpływa na dynamikę płynów, a więc i wymianę ciepła.

To dopiero wierzchołek góry lodowej problemów. Jak chronić reaktor przed skokami temperatury – od około –180°C nocą do 100°C w pełnym świetle Słońca? Jak zabezpieczyć go przed lepkim i elektrostatycznym regolitem? Jak ochronić układy elektroniczne przed promieniowaniem kosmicznym?

Kluczowa pozostaje kwestia bezpieczeństwa. Inżynierowie muszą przewidzieć wszelkie możliwe zagrożenia i zminimalizować prawdopodobieństwo ich wystąpienia niemal do zera. Awaria reaktora na Księżycu oznaczałaby katastrofę, po której – jak przyznają eksperci NASA – z amerykańskich inicjatyw kosmicznych nie zostałoby nic. Wstępnie rozważa się umieszczenie reaktora w kraterze, a nawet głęboko pod powierzchnią, aby zminimalizować skutki ewentualnej awarii. Inżynierowie NASA twierdzą, że wszystkie technologie potrzebne do pokonania tych wyzwań już istnieją. Problem w tym, że do 2030 r. czasu pozostało niewiele.