Podbój przestrzeni kosmicznej w ostatnich kilku latach skupia się wokół powrotu człowieka na Księżyc i stworzenia tam w najbliższych kilku dekadach baz załogowych, w których astronauci będą w stanie realizować misje trwające nie tylko kilka dni, ale nawet po kilka miesięcy. Problem jednak w tym, że w przeciwieństwie do Ziemi na powierzchni Księżyca nie ma infrastruktury energetycznej, a w warunkach księżycowych źródło stałej energii jest czymś niezbędnym. Panele słoneczne dobrze się sprawdzają w wielu miejscach na powierzchni Księżyca, ale tylko w ciągu dnia księżycowego trwającego 14 dni ziemskich. Potem jednak następuje trwająca 14 dni ziemskich noc, kiedy to już panele słoneczne nie wygenerują żadnej energii i nie tylko sprzęt, np. łaziki, nie będą miały energii, ale mogą nie przetrwać ekstremalnie niskich temperatur na tym pozbawionym atmosfery globie.
Mało tego, jednymi z najbardziej interesujących miejsc na Księżycu są wiecznie zacienione kratery w okolicach bieguna Srebrnego Globu. To w ich wnętrzu mogą znajdować się niezwykle cenne zasoby, takie jak chociażby lód wodny. Jeżeli jednak do ich wnętrza energia słoneczna nigdy nie zagląda, to i panele słoneczne na nic się tam nie przydadzą. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, naukowcy zwracają się ku energii jądrowej, która w takim miejscu jest w stanie stale dostarczać energie elektryczną.
Europejscy naukowcy z konsorcjum PULSAR, kierowanego przez Tractebel, opracowali projekt koncepcyjny radioizotopowego systemu zasilania (RPS) specjalnie dostosowanego do misji księżycowych. System ten wykorzystuje pluton-238 (Pu-238), którego naturalny rozpad generuje ciepło, które jest następnie przekształcane w energię elektryczną. Systemy RPS zasilane Pu-238 są kluczowe dla statków kosmicznych działających w takich miejscach Układu Słonecznego, w których ilość energii pochodzącej ze Słońca jest niewystarczająca. Można zatem założyć, że są one idealnym rozwiązaniem do zasilania misji realizowanych na powierzchni Księżyca, w tym także w wiecznie zacienionych kraterach.
Naukowcy z projektu PULSAR osiągnęli swoje podstawowe cele i stworzyli projekt RPS przeznaczonego do zastosowań księżycowych, a następnie opracowali studium wykonalności w celu ustanowienia europejskiej produkcji Pu-238. To ostatnie osiągnięcie jest szczególnie znaczące, ponieważ ma na celu zmniejszenie zależności Europy od zewnętrznych źródeł tego niezbędnego materiału, wzmacniając tym samym jej przyszłe zaangażowanie w eksplorację kosmosu.
Czytaj także: Chiny mają pierwszy taki reaktor na świecie. Niestraszna mu żadna temperatura
Nowo zaprojektowany RPS wykorzystuje dwa zaawansowane silniki Stirlinga do przekształcania ciepła generowanego przez rozpad Pu-238 w energię elektryczną. To innowacyjne podejście oferuje znaczące zalety w porównaniu z istniejącymi akumulatorami jądrowymi i generatorami, które często wymagają znacznych ilości paliwa i charakteryzują się pokaźnymi rozmiarami i masą, które są poważną przeszkodą w wysłaniu ich na Księżyc. Autorzy projektu PULSAR stawiają na wydajność i minimalizację rozmiarów i masy generatorów poprzez zastosowanie zaawansowanej technologii silnika Stirlinga.
System zaprojektowano tak, aby dostarczał od 100 do 500 watów mocy elektrycznej, czyli tyle, ile potrzeba do zasilenia w energię łazików księżycowych. Ta moc wyjściowa umożliwi tym pojazdom wykonywanie podstawowych zadań na powierzchni Księżyca, w tym badań naukowych, pobierania próbek i transportu sprzętu między różnymi lokalizacjami.
Bezpieczeństwo jest najważniejszym czynnikiem przy projektowaniu RPS. System został zaprojektowany z wieloma funkcjami bezpieczeństwa, aby zapewnić jego bezpieczny start z Centrum Kosmicznego Europejskiej Agencji Kosmicznej w Gujanie Francuskiej. Ponadto modułowa konstrukcja RPS zwiększa jego odporność. W przypadku awarii silnika modułowość systemu zapewnia ciągłą pracę, nawet jeżeli przy zmniejszonej wydajności.
Czytaj także: Przenośne reaktory jądrowe to przełom, którego bardzo potrzebujemy. Na jakiej zasadzie działają?
Nowatorski system RPS został już przetestowany pod kątem integralności strukturalnej, bezpieczeństwa radiacyjnego i zachowania w ekstremalnych warunkach księżycowych. W tym celu badacze opracowali zaawansowany model mechaniczny i termiczny, a następnie przetestowali jego wytrzymałość. Model ten stanowi podstawę dla kolejnych iteracji systemu i do przygotowania prototypu do testów gotowości technicznej.
Inżynierowie z projektu PULSAR jest kluczowym krokiem na drodze do realizacji długotrwałych i ambitniejszych misji księżycowych niż dotychczas. Możliwość działania niezależnie od światła słonecznego otwiera nowe możliwości eksploracji Księżyca, w tym dostęp do szczególnie interesujących stale zacienionych regionów Księżyca. Uważa się, że regiony te kryją cenne zasoby, takie jak lód wodny, który może mieć kluczowe znaczenie dla przyszłych załogowych misji księżycowych. Jakby nie patrzeć, ów lód można by było wykorzystać do produkcji paliwa rakietowego i do zapewnienia zapasów wody pitnej dla astronautów realizujących misje załogowe na Srebrnym Globie.