ناسا میخواهد تا سال ۲۰۳۰ یک راکتور هسته‌ای ۱۰۰ کیلوواتی روی ماه بسازد

چرا اصلا راکتور هسته‌ای در فضا؟

دلیل اینکه ده‌ها سال روی راکتورهای هسته‌ای فضایی تحقیق شده، خیلی ساده است. نیک توران، فیزیکدان راکتور، توضیح میده که «میشه از جرم خیلی کم، مقدار انرژی عظیمی به دست آورد». این موضوع برای پرتاب به فضا که کم نگه داشتن وزن محموله خیلی مهمه، یک مزیت بزرگه.

برای اینکه درک بهتری از این حجم از انرژی داشته باشید، دکتر لال یک مثال میزنه: «یک تکه اورانیوم-۲۳۵ به اندازه یک توپ سافت‌بال، بعد از شکافت کامل، به اندازه یک قطار باری پر از زغال‌سنگ انرژی تولید میکنه». این قابلیت در کنار محدودیت‌های انرژی خورشیدی، مخصوصا وقتی فضاپیما از خورشید دور میشه، انرژی هسته‌ای رو به یک گزینه متحول‌کننده تبدیل میکنه.

• یک مثال واقعی: کاوشگر «افق‌های نو» (New Horizons) رو در نظر بگیرید. این فضاپیما در سال ۲۰۱۵ از کنار پلوتون رد شد و عکس‌های فوق‌العاده‌ای گرفت. اما چرا در مدار پلوتون قرار نگرفت و توقف نکرد؟ چون انرژی کافی برای این کار رو نداشت. دکتر لال میگه: «ما روی افق‌های نو حدود ۲۰۰ وات انرژی داشتیم، یعنی به اندازه دو تا لامپ». به همین خاطر ۱۶ ماه طول کشید تا تمام ۵۰ گیگابایت داده‌ای که جمع کرده بود رو به زمین بفرسته. اگه این کاوشگر یک میکرو راکتور ۲۰ کیلوواتی داشت، میتونست تمام این اطلاعات رو به صورت زنده به زمین بفرسته، وارد مدار پلوتون بشه و تمام ابزارهای علمیش رو هم به طور مداوم فعال نگه داره.

انرژی هسته‌ای روی ماه و مریخ

روی ماه، داشتن انرژی هسته‌ای یک تغییر بزرگ ایجاد میکنه. شب‌های ماه ۱۴ روز زمینی طول میکشه و دهانه‌هایی در اونجا وجود دارن که هیچوقت نور خورشید رو نمیبینن. میشه یک پایگاه دائمی ناسا رو با انرژی خورشیدی اداره کرد، اما برای پر کردن شکاف دو هفته‌ای تولید برق در شب، به تعداد «عظیمی» باتری نیاز هست که باید از زمین به ماه منتقل بشن.

دکتر لال میگه: «در آینده ما میخوایم کارهای صنعتی در مقیاس بزرگ روی ماه انجام بدیم. حتی برای چاپ سه‌بعدی به صدها کیلووات انرژی نیاز داریم. اگه قرار باشه هر نوع فعالیت تجاری روی ماه انجام بشه، به چیزی بیشتر از انرژی خورشیدی نیاز داریم».

روی مریخ، انرژی هسته‌ای کاملا ضروریه. این سیاره سرخ طوفان‌های گرد و غباری داره که میتونه هفته‌ها یا ماه‌ها طول بکشه و کل قاره‌ها رو بپوشونه. در این شرایط، انرژی خورشیدی قابل اعتماد نیست. در واقع، ماموریت تقریبا ۱۵ ساله مریخ‌نورد «فرصت» (Opportunity) هم به خاطر یک طوفان گرد و غبار جهانی که اون رو از کار انداخت، به پایان رسید.

به همین خاطر، دکتر لال معتقده اگه آمریکا بخواد یک حضور دائمی در مریخ داشته باشه، منطقی‌ترین کار اینه که اول فناوری راکتور مورد نیاز رو روی ماه آزمایش و کامل کنه. به نظر اون، این دقیقا همون کاریه که ناسا الان داره تلاش میکنه انجام بده.

چالش‌های فنی و لجستیکی سر راه

البته قبل از اینکه این ایده به واقعیت نزدیک بشه، ناسا باید از موانع فنی زیادی عبور کنه. شاید عجیب باشه، اما پیدا کردن یک میکرو راکتور ۱۰۰ کیلوواتی ممکنه ساده‌ترین مشکل باشه. در حال حاضر، هیچ شرکتی در آمریکا میکرو راکتور تولید نمیکنه. شرکت‌هایی که SNAP-10A رو ساختن، یعنی اتمیکس اینترنشنال و نورث امریکن اویشن، ده‌ها سال پیش از بین رفتن.

نیک توران میگه: «شرکت‌های زیادی در حال توسعه راکتور هستن، اما تقریبا هیچکدوم حتی در مرحله ساخت نمونه اولیه هم نیستن». اون توضیح میده که اکثر راکتورهای هسته‌ای وقتی برای اولین بار روشن میشن، اصلا کار نمیکنن و «چندین بار تکرار و تلاش لازمه تا یک راکتور به سطحی از کارایی، قابلیت اطمینان و صرفه اقتصادی برسه».

با این حال، خبر خوب اینه که توران معتقده زمان کافی برای ناسا یا یک شرکت خصوصی وجود داره تا یک راکتور کارآمد برای این پروژه بسازن. در سال ۲۰۱۸، ناسا و وزارت انرژی آمریکا یک سیستم شکافت هسته‌ای سبک ۱۰ کیلوواتی به نام KRUSTY رو با موفقیت آزمایش کردن.

چطور این راکتور به ماه میرسه؟

در نهایت، ممکنه مستقر کردن راکتور روی ماه از ساختنش سخت‌تر باشه. بر اساس محاسبات اولیه، یک راکتور ۱۰۰ کیلوواتی بین ۱۰ تا ۱۵ تن وزن خواهد داشت. این یعنی هیچکدوم از راکت‌های تجاری فعلی نمیتونن اون رو به فضا حمل کنن. ناسا همچنین باید راهی پیدا کنه تا رادیاتور راکتور، که وقتی باز بشه تقریبا به اندازه یک زمین بسکتبال هست، داخل یک راکت جا بشه.

به گفته دکتر لال، برنامه زمانی ۲۰۳۰ احتمالا با این فرض تعیین شده که موشک استارشیپ (Starship) تا اون موقع آماده پرواز باشه. اما این راکت فوق سنگین ایلان ماسک سال ۲۰۲۵ خوبی رو پشت سر نگذاشته و از سه پرواز آزمایشی، دو تاش با انفجار فضاپیما تموم شده.

اگه استارشیپ تا ۲۰۳۰ آماده نشه، ناسا میتونه راکتور رو جدا از بقیه قطعات سیستم به فضا بفرسته، اما به گفته لال «این کار هم چالش‌های خاص خودش رو داره». مشکل اصلی اینه که ناسا راه خوبی برای مونتاژ چنین سیستم پیچیده‌ای به صورت خودکار نداره. علاوه بر این، هنوز خبری از ماه‌نشینی که بتونه این راکتور رو روی سطح ماه فرود بیاره نیست. در سال ۲۰۲۱ ناسا با اسپیس‌ایکس برای ساخت یک ماه‌نشین برای ماموریت‌های آرتمیس قرارداد بست، اما آخرین خبری که ازش منتشر شده، فقط چند تا رندر سه‌بعدی بوده. ماه‌نشین «بلو مون» شرکت بلو اوریجین هم هنوز پرواز نکرده.

مشکلات نیروی انسانی و بودجه

یک علامت سوال بزرگ دیگه هم بالای سر این پروژه هست. ناسا در حال از دست دادن حدود ۴۰۰۰ کارمند از طریق بازنشستگی زودهنگام یا استعفای داوطلبانه است. در مجموع، ناسا داره حدود یک پنجم نیروی کار خودش رو از دست میده و روحیه در این سازمان در پایین‌ترین سطح قرار داره. حتی با حمایت وزارت انرژی و بخش خصوصی، این کاهش نیرو میتونه روی توانایی ناسا برای تحویل به موقع پروژه تاثیر بذاره.

کیسی درایر از «انجمن سیاره‌ای» میگه: «تناقض اینجاست که کاخ سفید از ناسا میخواد دو تا از جاه‌طلبانه‌ترین پروژه‌های فضایی یعنی فرستادن انسان به ماه و مریخ رو انجام بده، اما با سطح منابع و نیروی کاری که این سازمان قبل از فرستادن اولین انسان به فضا در سال ۱۹۶۱ داشت».

باویا لال و راجر مایرز در گزارش خودشون تخمین زدن که ساخت و استقرار یک راکتور هسته‌ای روی ماه حدود ۸۰۰ میلیون دلار در سال برای مدت پنج سال هزینه خواهد داشت. حتی اگه حمایت وزارت انرژی بتونه جلوی تاثیر منفی کاهش نیرو رو بگیره، عملی بودن پروژه به این بستگی داره که دولت ترامپ برای اجرای ادعاهای بزرگ خودش، پول لازم رو تامین کنه یا نه.

قوانین فضایی و رقابت جهانی

برنامه‌های سریع ناسا برای قرار دادن راکتور هسته‌ای روی ماه، نه تنها روی سطح ماه، بلکه در حوزه قوانین فضایی هم یک اتفاق جدیده.

• چارچوب قانونی وجود داره: انرژی هسته‌ای در فضا ایده جدیدی نیست. از دهه ۱۹۶۰، آمریکا و شوروی از ژنراتورهای رادیوایزوتوپ برای تامین انرژی ماهواره‌ها، مریخ‌نوردها و کاوشگرهای وویجر استفاده کردن. قطعنامه غیرالزام‌آور سازمان ملل در سال ۱۹۹۲ هم استفاده از منابع انرژی هسته‌ای در فضا رو به رسمیت شناخته و دستورالعمل‌هایی برای ایمنی و شفافیت تعیین کرده.
• هیچ قانونی استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای روی ماه رو منع نمیکنه. اما نحوه استقرار اون مهمه. اولین کشوری که موفق به این کار بشه، میتونه هنجارها و انتظارات مربوط به حضور و نفوذ در ماه رو شکل بده.

چرا اول بودن مهمه؟

بر اساس «پیمان فضای ماورای جو» سال ۱۹۶۷، کشورها حق دارن آزادانه ماه رو کاوش کنن، اما نمیتونن ادعای مالکیت ارضی داشته باشن. با این حال، این پیمان اجازه میده کشورها تاسیساتی مثل پایگاه ایجاد کنن و با این کار، قدرت محدود کردن دسترسی بقیه رو به دست بیارن. ساختن زیرساخت مثل یک راکتور، ادعای مالکیت نیست، اما میتونه روی اینکه بقیه کشورها کجا و چطور فعالیت کنن، تاثیر بذاره.

این رقابت بیشتر شبیه به یک «مسابقه زیرساختی» است تا مسابقه تسلیحاتی. زیرساخت یعنی نفوذ. ایجاد یک راکتور، حضور یک کشور رو در یک منطقه خاص تثبیت میکنه. این موضوع به خصوص در مناطق غنی از منابع مثل قطب جنوب ماه، که یخ موجود در دهانه‌های همیشه تاریک اون میتونه سوخت راکت‌ها و پایگاه‌های آینده رو تامین کنه، اهمیت زیادی داره.

این برنامه ناسا همچنین به دلیل برنامه‌های مشابه چین و روسیه برای ساخت یک راکتور هسته‌ای برای پایگاه قمری در نزدیکی قطب جنوب ماه، سرعت گرفته. ترسی که وجود داره اینه که یک منطقه ممنوعه در اطراف راکتور اونها، میتونه فعالیت‌های آینده آمریکا روی ماه رو محدود کنه.

صنعت به میدان میاد

ناسا برای پیشبرد این هدف، یک «درخواست برای اطلاعات» (RFI) منتشر کرده تا علاقه صنعت رو به این پروژه بسنجه.

مشخصات فنی که ناسا برای این راکتور در نظر گرفته به این صورته:

• نام پروژه: Fission Surface Power System
• حداکثر جرم: کمتر از ۱۵ تن
• حداقل توان خروجی: ۱۰۰ کیلووات
• سیستم تبدیل توان: چرخه بسته برایتون

شرکت‌هایی مثل لاکهید مارتین، وستینگهاوس، و همکاری بین دو استارتاپ اینتویتیو مشینز و اکس-انرژی، قبلا در سال ۲۰۲۲ قراردادهایی برای مطالعات طراحی اولیه یک راکتور ۴۰ کیلوواتی دریافت کرده بودن. هر سه مطالعه در جا دادن طراحی راکتور خود در وزن هدف کمتر از ۶ تن ناموفق بودن. به گفته مدیران این شرکت‌ها، فناوری لازم برای این کار وجود نداره و یک سیستم ۴۰ کیلوواتی بیشتر شبیه به یک سیستم ۹ تا ۱۰ تنی هست. طبیعتا یک سیستم ۱۰۰ کیلوواتی سنگین‌تر هم خواهد بود.

با این حال، شرکت‌ها از این دستور جدید استقبال کردن و گفتن که برای ارائه پیشنهاد در قراردادهای آینده ناسا آماده هستن.