Primi test per una nuova fonte di energia nello spazio

Per progettare missioni spaziali sempre più ambiziose servono – oltre a budget ben maggiori di quelli attuali – tecnologie avanzate, efficienti e sicure. Un team di ricercatori che comprende alcuni ingegneri del laboratorio nazionale di Los Alamos ha progettato un nuovo reattore nucleare affidabile che potrà essere usato nei voli spaziali.

Il team ha pensato per la prima volta all'impiego di un condotto termico per raffreddare un piccolo reattore nucleare e attivare un motore Stirling. I test sono stati eseguiti alla Device Assembly Facility del Nevada National Security Site, vicino a Las Vegas.

La dimostrazione ha prodotto in totale 24 watt di elettricità. L'esperimento è stato condotto da un team di ingegneri di Los Alamos, del Glenn Research Center della NASA e della National Security Technologies LLC (NSTec).

Il particolare tipo di condotto termico usato dal team – heat pipe in inglese – è stato ideato a Los Alamos nel 1963. Si tratta di tubi sigillati con un fluido interno che può trasferire efficientemente il calore prodotto da un reattore senza parti in movimento. Un motore Stirling è invece un motore abbastanza semplice, regolato da un ciclo chiuso che converte l'energia termica in elettricità usando un gas pressurizzato in grado di muovere un pistone. I due componenti possono lavorare in tandem, usando una fonte semplice e affidabile di energia elettrica che potrà in futuro essere utilizzata nello spazio.

La dimostrazione è stata catalogata come DUFF, una sigla che al suo interno contiene il nome di un esperimento già esistente – Flattop – e la parola fissione. Il condotto termico, infatti, ha estratto calore dalla fissione dell'uranio. Quest'energia termica è stata trasferita ad un paio di motori Stirling a pistoni prodotti dalla Sunpower Inc di Atene, nell'Ohio. Il condotto è stato invece costruito dagli ingegneri del centro Glenn, che hanno inoltre assemblato i due motori e condotto l'esperimento, il cui svolgimento è stato approvato dalla National Nuclear Security Administration (NNSA).

Questo tipo di dimostrazioni ha introdotto, nel 1965, il concetto di energia nucleare nello spazio negli Stati Uniti.

«Le caratteristiche nucleari e i livelli di energia termica dell'esperimento sono incredibilmente simili al nostro concetto di reattore spaziale» ha commentato David Poston, di Los Alamos. «La più grande differenza tra la DUFF e un eventuale sistema di volo è che la temperatura all'ingresso del motore Stirling dovrebbe essere maggiore per acquisire l'uscita di energia e l'efficienza richiesta per le missioni spaziali».

«Il condotto termico e il motore Stirling usati in questo test sono stati scelti per rappresentare un modulo che potrebbe essere usato in sistemi spaziali» ha commentato Marc Gibson del centro Glenn. «Un sistema di volo potrebbe usare diversi moduli per produrre approssimativamente un kilowatt di elettricità».

Le missioni attuali usano fonti di energia che generano una quantità di elettricità paragonabile a quella prodotta da una o due lampadine. La possibilità di aver a disposizione maggiori quantità di energia potrebbe diminuire il tempo richiesto per le comunicazioni tra le sonde e la Terra e aumentare il numero di strumenti che possono essere usati nello stesso momento.

«Un sistema energetico a fissione piccolo, semplice e leggero potrebbe condurci ad una nuova visione migliorata della scienza e dell'esplorazione spaziali» ha commentato Patrick McClure del Los Alamos. «Speriamo che la dimostrazione di questo concetto ci sposti presto dalla vecchia frontiera del Nevada alla nuova frontiera dello spazio».

«Uno degli aspetti più importanti di questo esperimento è che è stato portato da semplice concetto al completamento in 6 mesi e con meno di un milione di dollari» ha commentato David Dixon. «Volevamo dimostrare che, con un team concentrato e strettamente unito, è possibile completare con successo dei test nucleari».

Fonte

DOE/Los Alamos National Laboratory. "Novel power system for space travel tested." ScienceDaily, 26 Nov. 2012. Web. 27 Nov. 2012.

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DOE/Los Alamos National Laboratory