१,०००°C चा चांद्र सूक्ष्मअणुभट्टी कायमस्वरूपी चंद्र तळांना ऊर्जा देऊ शकतो

चंद्रावरील रात्र सौर ऊर्जा अपुरी का ठरवते

चंद्रावर दीर्घकालीन मानवी उपस्थितीसाठी सुमारे चौदा पृथ्वी दिवस चालणाऱ्या रात्रीचा सामना करावा लागतो. त्या काळात पृष्ठभागाचे तापमान सुमारे -२२३°C पर्यंत घसरू शकते. सौर पॅनेल ऊर्जा निर्माण करू शकत नाहीत, आणि दोन आठवड्यांच्या अंधारासाठी पुरेशी बॅटरी साठवण क्षमता प्रचंड आकाराची लागेल. चंद्रावर पृथ्वीवरील ग्रिड टिकवणारी पारंपरिक ऊर्जा साधनेही नाहीत — कोळसा, नैसर्गिक वायू किंवा वारा यांवर पर्याय म्हणून अवलंबून राहता येत नाही. त्यामुळे विश्वासार्ह, सतत उपलब्ध ऊर्जास्रोत ही विलासिता नसून जगण्यासाठी पूर्वअट आहे.

अणुविखंडन हा काही विश्वासार्ह पर्यायांपैकी एक आहे. अणुभट्टी सूर्यप्रकाशाविना स्वतंत्रपणे चालू शकते, स्थिर औष्णिक उत्पादन देऊ शकते आणि वाहतुकीसाठी लहान आकारात आणता येते. NASA च्या Kilopower प्रकल्पाने चंद्रपृष्ठभागावर विखंडन ऊर्जा आणण्याची कल्पना आधीच तपासली आहे, परंतु प्रीप्रिंटमध्ये वर्णन केलेली नवीन संकल्पना ती उष्णता कशी वापरली जाईल याबाबत वेगळा दृष्टिकोन घेते.

MULE सूक्ष्मअणुभट्टी संकल्पना

arXiv वर प्रीप्रिंट स्वरूपात उपलब्ध असलेला हा शोधनिबंध टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ म्युनिकचे Julius Mercz आणि सहलेखकांनी लिहिला आहे. त्यात Microreactor Utilisation for Lunar Exploration, किंवा MULE नावाच्या प्रणालीचे वर्णन आहे. हे नाव विज्ञान कथांकडे डोळा मारत असावे किंवा नसावे — Foundation मालिका किंवा Starcraft यांनी या संक्षेपावर प्रभाव टाकला का, हे लेखक स्पष्ट करत नाहीत — परंतु तांत्रिक उद्दिष्ट स्पष्ट आहे: सुमारे १,०००°C तापमानावर चालणारी संक्षिप्त अणुभट्टी, जी निवासस्थानातील जीवनसमर्थन आणि औद्योगिक प्रक्रिया दोन्हींना आधार देऊ शकेल.

MULE ला वेगळे करणारी गोष्ट म्हणजे त्याची औष्णिक शृंखला. अणु उष्णता विजेत रूपांतरित करून त्या विजेने हीटर चालविण्याऐवजी, ही रचना अणुभट्टीच्या उच्च-तापमान उत्पादनाचा थेट वापरावर भर देते. हा फरक महत्त्वाचा आहे कारण पारंपरिक विजा-प्रथम रचना त्यांच्या ऊर्जेचा मोठा भाग वाया घालवतात.

जमिनीवरच जगणे: रेगोलिथ आणि वितळलेल्या क्षारांचे विद्युत अपघटन

सर्व काही पृथ्वीवरून पाठवून चंद्र तळ बांधणे आणि टिकवणे अत्यंत खर्चिक आहे. चंद्रावर पोहोचवलेल्या प्रत्येक किलोग्राम मालाची किंमत हजारो डॉलर्स असू शकते, त्यामुळे पुरवठ्यावर अवलंबून असलेल्या रचना कायमस्वरूपी वसाहतीसाठी अव्यवहार्य ठरतात. पर्याय म्हणजे in-situ resource utilization, ज्याला बऱ्याचदा ISRU असे संक्षिप्त केले जाते — म्हणजे चंद्रपृष्ठभागावर आधीच उपलब्ध असलेल्या सामग्रीचा वापर.

सर्वाधिक प्रमाणात उपलब्ध सामग्री म्हणजे रेगोलिथ, चंद्रावर पसरलेली बारीक धूळ आणि तुटलेला खडक. रेगोलिथमध्ये ऑक्सिजन आणि धातू असतात, जे बांधकाम, श्वासासाठी हवा आणि इतर औद्योगिक गरजांसाठी काढून वापरता येऊ शकतात. एक आशादायक निष्कर्षण पद्धत म्हणजे वितळलेल्या क्षारांचे विद्युत अपघटन. या प्रक्रियेत चंद्रधूळ वितळलेल्या क्षार स्नानात विरघळवली जाते, मिश्रणातून विद्युत प्रवाह सोडला जातो आणि ऑक्सिजन वेगळा केला जातो. उरलेले धातु-मिश्र धातू संरचना बांधण्यासाठी वापरता येतात.

अडचण ही आहे की वितळलेल्या क्षारांच्या विद्युत अपघटनासाठी ९००°C पेक्षा जास्त सतत तापमान आवश्यक असते. हे MULE अणुभट्टीच्या औष्णिक उत्पादनाच्या मर्यादेत आहे, परंतु पारंपरिक ऊर्जा प्रणालीतून मिळवलेल्या विजेचा वापर करून ते कार्यक्षमतेने साध्य करणे कठीण आहे.

विजा-प्रथम रचनांची अकार्यक्षमता

उच्च-तापमान प्रक्रिया समाविष्ट असलेल्या बहुतेक चंद्र तळ संकल्पना विद्युत हीटरवर अवलंबून असतात. ते हीटर अणुभट्टी किंवा सौर पॅनेलद्वारे चालवले जातात, परंतु औष्णिक ऊर्जेचे विजेत रूपांतर स्वाभाविकपणे हानिकारक असते. त्या रूपांतरात सुमारे ६०% ऊर्जा वाया जाऊ शकते. जेव्हा तळाला वितळलेल्या क्षारांच्या विद्युत अपघटनासारख्या ऊर्जा-गहन प्रक्रियेसाठी ऊर्जा द्यावी लागते, तेव्हा हे नुकसान झपाट्याने वाढते, ज्यामुळे अन्यथा लागणाऱ्यापेक्षा मोठी अणुभट्टी किंवा अधिक सौर पॅनेल लागतात.

MULE संकल्पना अणुभट्टीची उष्णता थेट वापरून हा अडथळा टाळण्याचा प्रयत्न करते. जर अणुभट्टी आधीच सुमारे १,०००°C तापमानावर चालत असेल, आणि औद्योगिक प्रक्रियेस ९००°C पेक्षा जास्त तापमान लागत असेल, तर औष्णिक ऊर्जा थेट विद्युत अपघटन युनिटकडे वळविल्यास आधी वीज निर्माण करण्याचा कार्यक्षमतेचा दंड टळतो. तीच उष्णता निवासस्थानातील पर्यावरणीय प्रणालींनाही आधार देऊ शकते, ज्यामुळे दीर्घ चंद्ररात्रीत कर्मचारी उबदार राहतात आणि उपकरणे कार्यरत राहतात.

दुहेरी-उपयोग अणुभट्टी काय शक्य करू शकते

जीवनसमर्थन आणि सामग्री प्रक्रिया दोन्हींना सेवा देणारी सूक्ष्मअणुभट्टी चंद्रवसाहतीचे अर्थशास्त्र बदलू शकते. ऊर्जा निर्मिती आणि औद्योगिक क्षमता यांना वेगवेगळ्या समस्या मानण्याऐवजी, MULE रचना त्यांना एकच औष्णिक व्यवस्थापन आव्हान मानते. संभाव्य फायद्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• चौदा दिवस चालणाऱ्या चंद्ररात्रीत निवासस्थान गरम करणे, हवा पुनरुज्जीवित करणे आणि इतर पर्यावरणीय नियंत्रण प्रणालींसाठी सतत ऊर्जा.
• वितळलेल्या क्षारांच्या विद्युत अपघटनासाठी थेट औष्णिक ऊर्जा, ज्यामुळे रेगोलिथमधून ऑक्सिजन आणि धातु-मिश्र धातूंचे निष्कर्षण शक्य होते.
• पृथ्वीवरून पाठवल्या जाणाऱ्या पुरवठ्यावरील अवलंबित्व कमी होणे, ज्यामुळे कायमस्वरूपी तळ टिकवण्याचा खर्च आणि धोका कमी होतो.
• स्थानिक बांधकाम सामग्रीकडे जाणारा मार्ग, जो काळानुसार निवासस्थाने आणि पायाभूत सुविधांचा विस्तार करू शकतो.
• अधिक कार्यात्मक लवचिकता, कारण अणुभट्टी महत्त्वाच्या कार्यांसाठी सूर्यप्रकाश किंवा बॅटरी साठवणीवर अवलंबून नसते.

या क्षमता प्रात्यक्षिकाद्वारे सिद्ध करता आल्या, तर चंद्र तळ केवळ रात्र टिकून राहणार नाही — तो त्या काळातही उत्पादक काम चालू ठेवू शकेल.

खुली प्रश्ने आणि पुढील पावले

MULE प्रस्ताव अजून प्रीप्रिंट टप्प्यावर आहे, म्हणजे त्याचे सहकारी-परीक्षण अद्याप झालेले नाही. कोणत्याही सुरुवातीच्या टप्प्यातील अणुभट्टी संकल्पनेप्रमाणे, तैनातीपूर्वी अनेक अभियांत्रिकी तपशील सोडवावे लागतील. शोधनिबंधात औष्णिक रचना मांडली आहे, परंतु त्या रचनेचे उड्डाण-सज्ज प्रणालीत रूपांतर करण्यासाठी व्यापक रचना, चाचणी आणि सुरक्षा विश्लेषण आवश्यक असेल. या टप्प्यावर संकल्पनेचे मूल्य समस्या मांडण्यात आहे: एकाच संक्षिप्त स्रोतातून जगण्यासाठीची ऊर्जा आणि औद्योगिक उष्णता दोन्ही कशी द्यावी.

व्यापक मुद्दा हा आहे की चंद्ररात्रीची समस्या आणि सामग्री प्रक्रियेची समस्या एकच सोडवण्याची जागा सामायिक करतात. उच्च-दर्जाची उष्णता निर्माण करणारी अणुभट्टी दोन्हींना सामोरे जाऊ शकते, जर औष्णिक शृंखला सुरुवातीपासूनच ती उष्णता आवश्यक तिथे पोहोचविण्यासाठी रचली गेली असेल.

मुख्य मुद्दा

कायमस्वरूपी चंद्र तळांना सूर्यासोबत उगवणारी आणि मावळणारी नसलेली ऊर्जा लागेल. त्यांना स्थानिक मातीचे उपयुक्त सामग्रीत रूपांतर करण्याची क्षमताही लागेल. MULE सूक्ष्मअणुभट्टी संकल्पना, तिच्या १,०००°C कार्य तापमानासह आणि थेट औष्णिक वापरावरील भरासह, दोन्ही आव्हाने एकाच वेळी सोडविण्याचा प्रयत्न करते. ती चंद्रसंशोधनाच्या पुढील युगाचा आराखडा ठरेल की नाही, हे पुढील विश्लेषण आणि चाचणीवर अवलंबून आहे, परंतु हा दृष्टिकोन एक महत्त्वाची अंतर्दृष्टी अधोरेखित करतो: चंद्रावर, उष्णता स्वतःच अणुभट्टीचे सर्वात मौल्यवान उत्पादन असू शकते.

हा लेख Universe Today च्या वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.