Szele Tamás: Atomerőmű a Holdon

Jelenleg a fegyverkezési verseny újjáéledésével mintha újra indulna az űrverseny is: alig tegnapelőtt írtam ezeken a hasábokon az amerikai műhold-elhárító rendszerekről, és már meg is érkezett az újabb hír a The New York Timesban: verseny folyik a nagyhatalmak között azért, hogy ki telepít előbb atomerőművet a Holdra.

Augusztus végén a NASA felkérte a szerződéses partnereit, hogy készüljenek fel egy olyan atomreaktor megépítésére, amely képes túlélni egy űrutazást, és karbantartás nélkül működni a Hold déli sarka közelében. Ez talán fantasztikusnak tűnhet, de az ügynökség azt szeretné, ha 2030 decemberére készen állna az indításra.

Van ok a sietségre. Oroszország kinyilvánított célja, hogy 2036-ra működőképes reaktort üzemeltessen a Holdon egy Kínával kötött titkos együttműködés keretében. A NASA már felgyorsította ütemtervét, hogy megelőzze riválisait.

A verseny az űrkutatás jövőjéről szól. Az Egyesült Államok és Kína egyaránt elsőként szeretné létrehozni saját Hold-bázisát, fagyott vet és ahhoz hasonló erőforrásokat keresni, valamint mélyebbre hatoló küldetéseket indítani a Naprendszerbe. A Hold erőforrásaihoz való hozzáférés ellenőrzése elengedhetetlen ehhez a célhoz. Mindkét szuperhatalom úgy véli, hogy egy holdbéli atomreaktor jelentheti a kulcsot a jövőhöz.

A két ország azt tervezi, hogy reaktorukat csak a Holdra érkezés után indítják be. Néhány vezető tudós azonban arra figyelmeztet, hogy a kormányok túl gyorsan haladnak egy olyan űrkutatási korszakban, amelyben már több jelentős katasztrófa is történt. Az elmúlt hat évben több kínai, amerikai és orosz rakéta is meghibásodott és felrobbant, egy orosz leszállóegység pedig a Holdra zuhant. Az űrszemét rendszeresen a Földre zuhan.

A kudarcok súlyos következményekkel járó problémákat okozhatnak. A lehulló reaktortörmelék radioaktív anyagot szórhat szét, ahogyan az 1970-es évek végén Kanadában történt. Egy radiaktív szennyezés vagy reaktormag-leolvadás a Hold felszínén azzal a kockázattal járna, hogy egész régiókat lakhatatlanná tenné.

„Mindig is folyni fog az űrverseny, és ha ebbe belevonjuk az atomenergiát is, akkor az potenciálisan veszélyesebb fordulatot eredményezhet” – mondta Edwin Lyman, az Union of Concerned Scientists atomenergia-biztonsági igazgatója.

A műszaki előírások, a beszerzési dokumentumok és az akadémiai kutatások áttekintése, valamint az iparági szakértőkkel, kormányzati tisztviselőkkel és a terv kritikusaival készített interjúk együttesen világos képet nyújtanak arról, hogy Kína, Oroszország és az Egyesült Államok hogyan valósítják meg ezt a nukleáris ambíciót.

A dokumentumok emellett segítenek megmagyarázni a Hszi Csin-ping és Vlagyimir Putyin elnökök által támogatott kínai–orosz űrpartnerség egyik kulcsfontosságú aspektusát is.

Úgy tűnik, az atomenergia az egyetlen olyan alapvető feladat, amelyet Kína a holdprojekthez kapcsolódóan partnerére bízott. Ezen a területen egyetlen ország sem rendelkezik Oroszországnál nagyobb tapasztalattal. Oroszország több mint 30 reaktort juttatott pályára – főként az 1970-es és 1980-as években – a hidegháborús korszak műholdjain, és vezető szerepet tölt be az atomenergia polgári felhasználása terén. Oroszország rendelkezik a legnagyobb készlettel abból az anyagból, amelyet az űrmissziók számára a legbiztonságosabb nukleáris üzemanyagnak tartanak. Ez az üzemanyag – a nem magas fokon dúsított urán – az Egyesült Államokban hiánycikk.

„Oroszországnak gyakorlatilag nincsenek versenytársai az űrbéli nukleáris energetika területén” – nyilatkozta a TASZSZ orosz hírügynökségnek Mihail Kovalcsuk, a Kurcsatov Intézet elnöke. Ez az intézet végzi a holdreaktor tervezésének egy részét is.

A NASA igyekszik felzárkózni. Az ügynökség még 1965-ben elindított egy űrben üzemelő reaktort, de egy azzal összefüggésbe nem hozható űrhajó-meghibásodás után leállította azt. Az Egyesült Államok azóta több mint 20 milliárd dollárt költött űr-nukleáris programokra, de soha nem helyezett üzembe újabb reaktort.

A holdi reaktorért folyó verseny éppúgy a hatalom fitogtatásának színjátéka, mint a felfedezés és kutatás felétele. Trump elnök az űrben elért fölényt az „America First” programjának részévé nyilvánította. Hszi Csin-ping és Putyin is hasonló nyilatkozatokat tettek.

Atomenergia a Holdon

Bármely állandó holdbázisnak megbízható energiaellátásra van szüksége. A nukleáris reaktorok működéséhez nincs szükség napfényre, és kompakt méretűek is lehetnek. A NASA és a Kurcsatov Intézet szerint megfelelő tervezés esetén alig igényelnek emberi beavatkozást.

Az első néhány évben az Egyesült Államoknak és Kínának csupán annyi energiára lenne szüksége, amennyi a berendezések fűtéséhez és a felszínen közlekedő járművek, az úgynevezett roverek feltöltéséhez szükséges. Ehhez napenergia- és radioizotóp-energia rendszereket terveznek használni.

Ezek a rendszerek az izotópok természetes radioaktív bomlásából származó hőt alakítják át villamos energiává. Az Egyesült Államok, Oroszország és Kína már alkalmazta ezeket a rendszereket az űrben.

Egy kibővített holdbázisnak azonban sokkal több energiára lenne szüksége, mint amennyit ezek a rendszerek képesek előállítani. A napelemek nem működnek a hideg holdi éjszakákon, amelyek földi idő szerint több mint két hétig tartanak. A Hold déli sarka közelében elhelyezett bármely energiaellátó rendszernek ki kell bírnia a 130 és -334 Fahrenheit fok közötti hőmérséklet-ingadozásokat.

Moszkva megbízta állami tulajdonú vállalatait, hogy 2036-ig szállítsanak le egy „Selena” nevű holdreaktort a Kína által működtetett holdbázisok áramellátására. A Selena legfeljebb 10 kilowatt villamos energiát termelne, és egy évtizeden át lenne képes önállóan működni. Jellemzői megegyeznének egy korábbi, az Északi-sarkvidéken történő üzemeltetésre tervezett reaktoréval.

A NASA felgyorsította ütemtervét, attól tartva, hogy egy orosz–kínai reaktor de facto kizárási zónát hozhatna létre a Holdon. A NASA Lunar Reactor 1 nevű reaktora várhatóan 20 kilowatt villamos energiát fog termelni (ez nagyjából 16 amerikai háztartás energiafogyasztásának felel meg), és öt évig képes beavatkozás nélkül működni.

Első lépésként a NASA azt tervezi, hogy 2028 decemberében atomenergiával hajtott űrhajót küld a Marsra. Ilyenre még soha nem került sor.

Ezzel párhuzamosan a Pentagon saját űrreaktorokat szándékozik kifejleszteni, amelyeket a Fehér Ház szerint Föld körüli pályára és a Holdra telepítenének.

A kitűzött határidők többször is elcsúsztak, és kevés szakértő számít arra, hogy a riválisok betartják a határidőket. Senkinek nincs olyan bevált leszállóegysége, amely képes lenne nehéz, potenciálisan radioaktív anyagot eljuttatni a rögös holdfelszínre. Senki sem telepített még reaktort alacsony gravitációs környezetben.

A holdbázisok még nem épültek meg, és az is csak spekuláció tárgya, hogy mennyi villamos energiára lenne szükségük. Éppen ezért a szakértők szerint a reaktorok tervei részben vagy egészben változhatnak.

„Jelenleg semmi sem biztos” – mondta Julien de Troullioud de Lanversin, atomfizikus és a Hongkongi Tudományos és Műszaki Egyetem professzora.

Rengeteg a kockázat

Az Egyesült Államok és Oroszország szerint reaktoruk a Holdra érkezésükig nem lenne működőképes – amit a tudósok „sugármentes” állapotnak neveznek. Ez csökkentené a kockázatot. A nukleáris mérnökök szerint a „hideg” uránüzemanyag alig jelent radioaktív veszélyt, még akkor sem okoz kárt, ha a Földre zuhan.

Ennek ellenére történhet baj, különösen a rakétaindítás során végrehajtott ellenőrzött robbanás közben.

„Ez az a pillanat, amikor a legnagyobb a kockázat” – mondta Leopold Summerer, aki az ENSZ űrbeli atomenergiával foglalkozó munkacsoportját vezeti. „Számos sikertelen indításunk volt, így rengeteg adatunk van arról, mi sülhet el rosszul.”

Vegyük például azt az esetet, amikor egy reaktor az óceánba csapódik. A víz lelassítja a neutronokat, így azok nagyobb valószínűséggel hasítják szét az atomokat. Ez katasztrófát okozhat, mivel a reaktor kritikus állapotba kerülhet, vagyis olyan láncreakció indulhat be, amely során az atomok hasadása sugárzást szabadít fel. A kockázat valós, mivel a legtöbb indítóállomás víz közelében található.

A nukleáris szakértők szerint ez valószínűleg 2019-ben Oroszországban is megtörtént, amikor egy reaktorral hajtott cirkálórakéta meghibásodott és a Fehér-tengerbe zuhant. Az amerikai külügyminisztérium szerint amikor a kutatók megpróbálták kiemelni, nukleáris reakció lépett fel. Legalább öt munkás halt meg. (Oroszország tagadta ezeket az állításokat, és azt állította, hogy a rakétát nem reaktor működtette). Meg kell jegyeznem, hogy itt egy korai Burevesztnyik-kísérletről volt szó. A későbbiek is vitatott eredménnyel – és több áldozattal – jártak.

A NASA előírásai olyan tervezést írnak elő, amely megakadályozhatja ezt a kimenetelt. A Roszatom, Oroszország állami tulajdonú atomenergia-vállalata nem volt hajlandó nyilatkozni ez ügyben, arra hivatkozva, hogy űrprogramja titkos.

A másik kockázat egy olyan meghibásodás, amely a reaktort a működés után visszahozhatja a Földre. 1978-ban egy orosz, atomenergiával üzemelő műhold, a Koszmosz 954 ellenőrizhetetlen visszatérése során radioaktív anyagok szóródtak szét Kanada északi részén közel 48 000 négyzetmérföldnyi területen. Körülbelül egy évnyi tisztítási munkát követően a műhold energiaforrásának csupán 0,1 százalékát sikerült visszanyerni.

Az Egyesült Államokban minden űrreaktort hét különböző ügynökség szakértőinek kell átvizsgálniuk. A baleseteket azonban lehetetlen teljesen kizárni.

„A baleset fogalmát úgy lehet meghatározni, hogy a dolgok nem a terv szerint alakulnak” – mondta R. Scott Kemp, a Massachusetts Institute of Technology nukleáris tudományok és mérnöki tudományok tanszékének docense. Dr. Kemp szerint a Holdon nagyobb a balesetek valószínűsége.

A Földön a reaktorokat védőburkolatokba zárják, amelyek megépítése a Holdon rendkívül drága és műszakilag is nagy kihívást jelentene. A NASA közölte, hogy reaktorát árnyékolni fogják, bár nem világos, hogyan. A szakértők szerint a holdi reaktorokat valószínűleg tiltott zónákkal vennék körül, hogy csökkentsék az űrhajósokat és a gépeket veszélyeztető sugárzási kockázatot.

A védőszerkezetek hiánya miatt még a kisebb balesetek is sokkal több radioaktív hulladékot eredményeznének – mondta Dr. Kemp. A Holdon nincs szél, de a kisebb gravitáció miatt a robbanás után a törmelék messzire eljuthat.

A Földön, amikor egy reaktor élettartama lejár, a leszerelés egy bonyolult, gondosan elenőrzött folyamat, amely évekig tart. A Hold esteében mind a NASA, mind az orosz ügynökségek azt állítják, hogy egyszerűen ott hagynák a radioaktív anyagot.

„A versenyhelyzet miatt nem akarnak olyan bonyolult problémával foglalkozni, amelyre senki sem tud megoldást” – mondta Dr. de Troullioud, a hongkongi atomtudós.

Az üzemanyag-probléma

A NASA minden műszaki és beszerzési dokumentumában kijelenti, hogy olyan nukleáris üzemanyagot használna, amely nem erősen dúsított, és amelyet a fejlett reaktorok számára a legbiztonságosabbnak tartanak.

Egyes szakértők szerint azonban a geopolitikai helyzet és a szűk határidő bonyolíthatja a dolgokat.

A NASA által 2018-ban tesztelt utolsó űrreaktor magasan dúsított uránt használt, amely könnyebb és emiatt olcsóbb az indítás is, mint más üzemanyagok esetében. Az első Trump-kormány azonban nem támogatta ennek az üzemanyagnak a használatát, mert az végül atomfegyverré válhatna.

Most a NASA egy „high-assay low-enriched uranium” (HALEU) néven ismert üzemanyagot szeretne használni, amelyből az Egyesült Államokban hiány van. Oroszország a legnagyobb termelője, de az Egyesült Államok 2024 óta betiltotta az orosz uránimportot az ukrajnai háború miatt.

A NASA dokumentumai szerint az ügynökség arra számít, hogy az Energiaügyi Minisztérium alacsony dúsítású üzemanyagot biztosít az űrreaktorokhoz. De maga a kormány is nehézségekkel küzd a megfelelő mennyiségű üzemanyag előállítása terén.

Az orosz–kínai szövetség nem hozta nyilvánosságra, hogy milyen típusú üzemanyagot használnának. Oroszország régebbi űrreaktorai magasan dúsított üzemanyagot használtak.

„Nem kell más, csak egy gépészeti műhely és egy kis robbanóanyag, hogy ebből egy nagyon eredményes fegyvert készítsenek” – mondta Bill Foster, Illinois demokrata képviselője, aki korábban fizikusként megakadályozta a magasan dúsított urán használatát az űrreaktorokban.

A NASA holdreaktor-szerződésére pályázó potenciális ajánlattevők közül legalább egy, a Space Nuclear Power Corporation, magas dúsítású uránt használó reaktort fejleszt. A vállalat egyik alapítója „a közelgő projektek versenykörnyezete miatt” nem kívánt nyilatkozni a részletekről.

Az amerikai űrprogram igazi áldás lehet azoknak a vállalatoknak, amelyek mikroreaktorokat gyártanak, amelyek akár 10 megawatt villamos energiát is képesek előállítani. Ezek a drága reaktorok túl kicsik ahhoz, hogy kielégítsék az adatközpontok energiaigényét, de az űr- és katonai alkalmazások terén megtalálták a megfelelő piaci rést.

A múlt hónapban a Pentagon az Antares nevű vállalatot választotta ki egy űrben használható mikroreaktor kifejlesztésére és bemutatására. Az Antares azon öt vállalat közé tartozott, amelyek idén nyáron sikeresen tesztelték a reaktoraikat az Energiaügyi Minisztérium által irányított program keretében. A vállalat közölte, hogy pályázni fog a NASA és a Pentagon holdreaktorokra vonatkozó szerződéseire.

Lehet, hogy a mikroreaktorok végül a Holdon fognak kikötni, de egyelőre egyik sem megbízható és üzemkész. Az alapvető biztonsági kérdések – hogyan lehet a hőt elvezetni, hogyan kell árnyékolni a reaktort, hogyan lehet fenntartani a szerkezeti integritást – még nem teljesen megoldottak az űrreaktorok esetében, amelyeknek kompaktnak és könnyűnek kell lenniük.

„Teljesen megvalósítható, hogy reaktort helyezzünk el a Holdon” – mondta Katy Huff, a Wisconsin-Madison Egyetem nukleáris mérnöki és mérnöki fizikai tanszékének vezetője. De minél nagyobb teljesítményre van szükség – tette hozzá –, annál nagyobb kihívást jelent a reaktorok építése.

Annak ellenére, hogy mindenki az első helyért küzd, Dr. Huff szerint a kormányok többet érnének el az együttműködéssel, mint a versengéssel.

„Szeretném, ha az űrkutatás terén több lenne a nemzetközi együttműködés” – mondta. „Ez az a terület, ahol a csapatmunkán alapuló tudomány felülkerekedhet a kardcsörtető nemzetközi politikán.”

Tulajdonképpen adott egy ötletet ez a terv. Ha egy egész atomerőművet fel lehet küldeni a Holdra, miért ne lehetne felküldeni az orosz, amerikai és kínai kormányokat is, mindenestől? Ha valahol, ott aztán vagy megtanulnák az együttműködést, vagy belepusztulnának a környezeti viszonyokba.

És olcsóbb is lenne, mint itthon tartani őket a nyakunkon. Valamint üdvösebb volna, ha a Föld helyet a Holdat osztanák fel egymás között.

Szerintem dobjuk össze a pénzt az útjukra.

Szele Tamás