Gambar konsep Proyek Tenaga Permukaan Fissi NASA. Kredit: NASA
NASA sedang mengalami kemajuan dengan Proyek Pembangkit Listrik Permukaan Fisi untuk mengembangkan reaktor fisi nuklir untuk Bulan, dengan fokus pada otonomi, keselamatan, dan operasi jangka panjang. Upaya ini bertujuan untuk mendukung keberadaan manusia yang berkelanjutan di Bulan, dengan potensi penerapannya Mars.
NASA sedang menyelesaikan tahap awal Proyek Tenaga Permukaan Fissi (Fission Surface Power Project), yang berfokus pada pengembangan desain konsep reaktor fisi nuklir kecil penghasil listrik yang dapat digunakan selama demonstrasi di Bulan di masa depan dan untuk menginformasikan desain Mars di masa depan.
NASA memberikan tiga kontrak senilai $5 juta pada tahun 2022, menugaskan setiap mitra komersial untuk mengembangkan desain awal yang mencakup reaktor; konversi daya, penolakan panas, serta sistem manajemen dan distribusi daya; estimasi biaya; dan jadwal pengembangan yang dapat membuka jalan untuk mendukung kehadiran manusia secara berkelanjutan di permukaan bulan setidaknya selama 10 tahun.
Mendemonstrasikan Tenaga Nuklir di Bulan
“Demonstrasi sumber tenaga nuklir di Bulan diperlukan untuk menunjukkan bahwa ini adalah pilihan yang aman, bersih, dan dapat diandalkan,” kata Trudy Kortes, direktur program, Misi Demonstrasi Teknologi dalam Direktorat Misi Teknologi Luar Angkasa NASA di Markas Besar NASA di Washington. “Malam di bulan merupakan tantangan dari sudut pandang teknis, sehingga memiliki sumber tenaga seperti reaktor nuklir, yang beroperasi secara independen dari Matahari, merupakan pilihan yang memungkinkan untuk eksplorasi jangka panjang dan upaya sains di Bulan.”
Meskipun sistem tenaga surya memiliki keterbatasan di Bulan, reaktor nuklir dapat ditempatkan di daerah yang gelap secara permanen (di mana mungkin terdapat air es) atau menghasilkan listrik secara terus menerus selama malam bulan, yaitu 14 setengah hari di Bumi.
NASA merencanakan kehadiran berkelanjutan di Bulan dan akhirnya Mars. Energi yang aman, efisien, dan andal akan menjadi kunci eksplorasi robot dan manusia di masa depan. Kredit: NASA
NASA merancang persyaratan reaktor awal ini agar terbuka dan fleksibel guna mempertahankan kemampuan mitra komersial dalam menghadirkan pendekatan kreatif untuk tinjauan teknis.
“Ada beragam pendekatan yang sehat; mereka semua sangat unik satu sama lain,” kata Lindsay Kaldon, manajer proyek Fission Surface Power di Glenn Research Center NASA di Cleveland. “Kami tidak sengaja memberi mereka banyak persyaratan karena kami ingin mereka berpikir di luar kebiasaan.”
Persyaratan Teknis dan Pertimbangan Keamanan
Namun, NASA menetapkan bahwa reaktor tersebut harus berukuran di bawah enam metrik ton dan mampu menghasilkan daya listrik sebesar 40 kilowatt (kW), memastikan daya listrik cukup untuk tujuan demonstrasi dan daya tambahan tersedia untuk menjalankan habitat bulan, penjelajah, jaringan cadangan, atau eksperimen sains. . Di AS, rata-rata 40 kW dapat menyediakan tenaga listrik untuk 33 rumah tangga.
NASA juga menetapkan tujuan agar reaktor tersebut mampu beroperasi selama satu dekade tanpa campur tangan manusia, yang merupakan kunci keberhasilannya. Keselamatan, terutama mengenai dosis radiasi dan pelindung, merupakan pendorong utama desain ini.
Di luar persyaratan yang ditetapkan, kemitraan ini membayangkan bagaimana reaktor akan dinyalakan dan dikendalikan dari jarak jauh. Mereka mengidentifikasi potensi kesalahan dan mempertimbangkan berbagai jenis bahan bakar dan konfigurasi. Memiliki perusahaan nuklir terestrial yang dipasangkan dengan perusahaan yang memiliki keahlian di bidang luar angkasa menghasilkan berbagai ide.
Melihat ke Depan: Fase 2 dan Selanjutnya
NASA berencana untuk memperpanjang tiga kontrak Fase 1 untuk mengumpulkan lebih banyak informasi sebelum Fase 2, ketika industri akan diminta merancang reaktor terakhir untuk dipamerkan di Bulan. Pengetahuan tambahan ini akan membantu lembaga tersebut menetapkan persyaratan Tahap 2, kata Kaldon.
“Kami mendapat banyak informasi dari ketiga mitra tersebut,” kata Kaldon. “Kita harus meluangkan waktu untuk memproses semuanya dan melihat apa yang masuk akal untuk memasuki Fase 2 dan memanfaatkan yang terbaik dari Fase 1 untuk menetapkan persyaratan guna merancang sistem dengan risiko lebih rendah di masa mendatang.”
Permintaan terbuka untuk Tahap 2 direncanakan pada tahun 2025.
Setelah Fase 2, tanggal target pengiriman reaktor ke landasan peluncuran adalah awal tahun 2030-an. Di Bulan, reaktor akan menyelesaikan demonstrasi selama satu tahun yang diikuti dengan sembilan tahun operasional. Jika semuanya berjalan baik, desain reaktor dapat diperbarui agar dapat digunakan di Mars.
Selain mempersiapkan Fase 2, NASA baru-baru ini memberikan kontrak kepada Rolls Royce North American Technologies, Brayton Energy, dan General Electric untuk mengembangkan konverter daya Brayton.
Tenaga panas yang dihasilkan selama fisi nuklir harus diubah menjadi listrik sebelum digunakan. Konverter Brayton mengatasi masalah ini dengan menggunakan perbedaan panas untuk memutar turbin di dalam konverter. Namun, konverter Brayton saat ini membuang banyak panas, sehingga NASA menantang perusahaan untuk membuat mesin ini lebih efisien.
Program Misi Demonstrasi Teknologi mengelola Fission Surface Power di bawah Direktorat Misi Teknologi Luar Angkasa NASA.
