[co-authors: Sachin Desai, Stephanie Fishman]
Det er et nytt romkappløp under utvikling, med høyere innsats og mer ambisiøse mål enn bare å gå tilbake til jordens bane eller månen. USA har utviklet en betydelig teknologisk ledelse innen raketter og satellittteknologi, som igjen har økt våre nasjonale og globale romambisjoner. Nå som det er mulig å komme til lav bane rundt jorden rimelig og pålitelig, ser astronauter og private selskaper nå etter å gå lenger – inkludert å etablere permanente kolonier på Månen og Mars, og utvinne asteroider for deres enorme naturlige ressurser, og sender astronauter for å lete etter liv på månene til de ytre planetene. Og vi er ikke alene i dette løpet. Kina og Russland er slå seg sammen på en månebase, og Kina hevder at det vil være det første som koloniserer Mars og til og med utvinner asteroider.
Kjernefysisk fisjon og fusjonskraft vil være avgjørende for å nå disse og andre ambisjoner. Disse teknologiene kan levere ytelsen – inkludert enorme kraftnivåer, lang levetid og pålitelighet – som kreves for å ta store mennesker og last astronomisk lange avstander, og støtte kraftkravene for langsiktige kolonier langt unna jordens sikkerhetsnett. For dette formål gjør Kina angivelig investeringer i den avanserte fremdriftssektoren, inkludert i fisjons- og fusjonssammenhenger, som dverger USAs innsats. For at USA skal forbli konkurransedyktig på verdensbasis og vinne det noen kaller det nye «Deep Space Race», må vi doble ned på investeringer i kjernefysisk fisjon og fusjonsteknologi.
Nedenfor gir vi en oversikt over et nylig forslag fra Fusjonsindustriforeningen (FIA) som ytterligere beskriver dette nye romkappløpet og tar til orde for et program i stil med Advanced Research Projects Agency (ARPA) på 40 millioner dollar for å akselerere bruken av fusjon for romfart. Vi diskuterer det i sammenheng med nyere innsats fra Department of Energy (DOE), National Aeronautics and Space Administration (NASA) og Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) å jobbe sammen for å akselerere bruken av kjernekraft og fusjonskraft i verdensrommet.
Et foreslått fusjonsfremdriftsprogram på $40 millioner for å vinne Deep Space Race
FIA – en sammenslutning av 24 medlemsbedrifter som jobber med å kommersialisere fusjonskraft – nylig anbefales et finansieringsprogram for fusjonsfremdrift på $40 millioner. Forslaget, “Fusion Energy for Space Propulsion: Gjør Fusion Space Propulsion til en realitet innen 2030” (“Fusion-Space Overview”) forklarer at det er et dypt romkappløp som utvikler seg ettersom USA og andre verdensmakter har siktet seg inn ikke bare på å returnere mennesker til bane og tråkke foten på månen, men å bygge utposter på månen , Mars, og går mye lenger ut. Det er overbevisende grunner til å tro at å ta ledelsen i utforskning av det dype rommet (utover banen nær Jorden) kan gi enormt utbytte. Dette er ikke bare i form av nasjonal stolthet og vitenskapelig fremgang, men også økonomisk. Noen, inkludert Goldman Sachs, har spådd at verdens første trillionær vil være personen som lykkes med å utvinne asteroider og deres enorme mengder mineralrikdom.
Som skissert i Fusion-Space Overview, har ikke kjemisk drevne raketter drivstoffeffektiviteten til å støtte denne vidtrekkende agendaen. Fusjonsfremdrift kan være opptil 100 ganger mer drivstoffeffektiv enn kjemisk fremdrift, samtidig som den opprettholder store skyvekrafter – noe som gjør den til et utmerket alternativ for å transportere store nyttelaster til fjerne destinasjoner eller frakte last til og fra månen. Mange design kan potensielt fremskynde reise til Månen og Mars til henholdsvis timer og måneder, og til og med få USA til Saturn på så lite som to år.
Fusion-Space Overview tar til orde for et ARPA-stil, milepælbasert finansieringsprogram for å akselerere utviklingen av kritiske fusjonsfremdriftsteknologier og gjøre det mulig for design å bli testet. ARPA-programmer har en demonstrert merittliste med å flytte lovende teknologier på et spor mot kommersiell distribusjon av privat sektor. En rekke fusjonsromfremdriftssatsinger snakket den siste tiden ASCENDx Summit holdt 15. juni 2021, og diskuterte hvordan de er klare for inkrementelle investeringer for å videreutvikle prototypene sine, med det langsiktige målet om å utføre bakke- og romdemonstrasjoner.
FIAs anbefalte fusjonsfremdriftsprogram vil syntetisere beste praksis fra DARPA og Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) programmer og bruke den til deep space. Fusion-Space Overview konkluderer med at programmet på 40 millioner dollar “har potensialet til å transformere måten vi ser på universet og oss selv, låse opp potensielt billioner av dollar i vitenskapelig og økonomisk innovasjon og sikre amerikanske interesser for dette århundret og det neste.”
Energi-, rom- og forsvarsbyråer tilpasser bruken av avansert atomkraft
DOE og NASA har en lang historie med samarbeid om bruk av atomkraft i verdensrommet. I mer enn 50 år har DOE aktivert romutforskning på over tjue NASA-oppdrag ved å tilby sikre og pålitelige radioisotopkraftsystemer og radioisotopvarmeenheter. Videre har DOE tiår erfaring med å administrere plutonium-238 radioisotop termisk kraftgeneratorproduksjon som kreves for NASAs dype romsonder.
Dette forholdet har nå akselerert i omfang, med et mål om å muliggjøre mye større bruk av atomkraft i verdensrommet. I 2018 lanserte NASA og DOE et forsøk på å utvikle Kilopower reaktor, med et håp om å demonstrere et fisjonsoverflatekraftsystem på månen innen slutten av tiåret. Og mot slutten av den forrige administrasjonen signerte tidligere energiminister Dan Brouillette og tidligere NASA-administrator Jim Bridenstine en memorandum of understanding (MOU) for å utvide DOE-NASA-partnerskapet om romutforskning. Kjernekraft og fremdrift var blant de viktigste interesseområdene oppført i MOU. Og dette ble fulgt opp med Rompolitisk direktiv 6som forsøkte å implementere en “nasjonal strategi for romatomkraft og fremdrift.”
For tiden undersøker NASA mulighet å bruke to kjernefysiske systemer i romutforskning. Den første er et kjernefysisk elektrisk fremdriftssystem, som er svært effektivt og lar et romfartøy reise i lengre perioder, men med lavere skyvekraft. Den andre typen system er et kjernefysisk termisk fremdriftssystem (NTP), som er et system med høyere skyvekraft, men likevel langt mer effektivt enn en tradisjonell rakett. (Fusjonssystemer kan også deles langs lignende linjer). På samme måte, Battelle Energy Alliance, som driver DOE Idaho National Laboratory, tidligere i år publisert en oppfordring til en atom-termisk fremdriftsreaktor foreløpig design.
Innsatsen fra NASA og DOE utfyller et program fra DARPA, kalt Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO), for å demonstrere et NTP-system i bane. Selv om programmet akkurat har startet, har Blue Origin, Lockheed Martin og General Atomic mottatt innledende priser. Som DARPA forklarer, “[t]Romdomenet er avgjørende for moderne handel, vitenskapelige oppdagelser og nasjonalt forsvar. Å opprettholde romdomenebevissthet i det sislunære rommet – volumet av rommet mellom jorden og månen – vil kreve et sprang fremover innen fremdriftsteknologi.» Og til samme formål har alle tre byråene interessert seg for bruken av fusjon for lignende formål.
Neste skritt
For å lykkes med å konkurrere med Kina og Russland i det nye Deep Space Race, må USA akselerere investeringene i disse oppdragskritiske områdene og danne offentlig-private partnerskap for å akselerere teknologiutviklingen. Det er mange private selskaper, inkludert satsingene oppført i Fusion-Space Overview, forfølge innovative og avanserte kjernefysiske romfremdriftskonsepter. Og, som det fremgår av nylige arrangementer holdt av DOE, NASA og DARPA, står en rekke selskaper klare til å støtte utviklingen av kjernefysiske og fusjons-romfremdriftsteknologier.
Imidlertid, utover muligens DARPA DRACO-innsatsen, mangler disse initiativene et betydelig og langsiktig dedikert finansieringsprogram for å støtte kommersialiseringen deres. Fortsatt investering i kjernefysiske og fusjonsfremdriftskonsepter, gjennom etablering av langsiktige programmer med det klare sluttmålet å demonstrere flere avanserte fremdriftsteknologier i verdensrommet, inkludert et ARPA-lignende program som det anbefalt av FIA, kan ha en enorm innvirkning på om USA ikke bare vil “vinne” det neste romkappløpet, men til og med være i stand til å konkurrere med land som Russland og Kina som gjør disse programmene til nasjonale prioriteringer.
[View source.]