Planowana przez amerykańskich naukowców misja JIMO ma za zadanie zbadać trzy pokryte lodem księżyce Jowisza. Powoduje to konieczność podjęcia szybkich kroków w kierunku zaprojektowania, zbudowania i przetestowania prototypu reaktora jądrowego w przeciągu najbliższych dwóch lat.

„Korzenie tego projektu sięgają w Los Alamos połowy lat 90-tych ” – powiedział David Poston, czołowy przedstawiciel the Space Fission Power Team w Los Alamos’ Nuclear Design and Risk Analysis Group (grupa badaczy kosmicznych rozszczepień jądrowych z Laboratorium Projektów Jądrowych i Analizy Ryzyka w Los Alamos).

Najświeższe propozycje NASA dotyczą wykorzystania energii napędu jonowego, zasilanego reaktorem jądrowym w Jupiter Icy Moos Orbiter, orbiterze, będącym elementem projektu Prometheus, którego start zaplanowano po roku 2011. Jednakże Stany Zjednoczone nie prowadziły lotów z zastosowaniem systemu napędu nuklearnego od 1965 roku.

Poston przedstawił i przedyskutował wymagania techniczne dla projektu reaktora jądrowego podczas dwóch prezentacji na poniedziałkowym międzynarodowym forum w Albuqueque zatytułowanych „Wpływ technologicznych możliwości chłodzenia rdzenia reaktora na projekt JIMO” oraz „Wpływ mocy i wymaganych trwałości na projekt reaktora JIMO„. Los Alamos jest jednym ze sponsorów forum.

Los Alamos przewodzi w projekcie misji Jupiter Icy Moos Orbiter, który będzie miał orbitować wokół Callisto, Ganimedesa i Europy, aby przestudiować ich powierzchnię. Być może uda się odkryć rozległe oceany pod lodem, ich historię oraz możliwości podtrzymywania życia. Los Alamos jest odpowiedzialne za takie kluczowe technologie jak wykorzystanie paliw jądrowych, elementów berylowych, rur ciepłowniczych i instrumenty diagnozujące oraz za budowę reaktora, jak również testy wytrzymałości i wdrożenie reaktorów do lotu.

„Energia jądrowa już bardzo wcześnie została rozpoznana, jako źródło umożliwiające postęp w odkrywaniu i badaniu przestrzeni kosmicznej. Reaktory jądrowe oferują nam niezbędną prawie nieograniczoną moc i możliwości napędu” – powiedział Poston.

Misja JIMO wymaga bezpiecznego, lekkiego reaktora zapweniającego wysoką temperaturę, który może zostać szybko wyprodukowany i przetestowany. Reaktor musi się sprawdzać w surowych kosmicznych warunkach przez okres dłuższy niż dziesięć lat oraz sprosta licznym wymaganiom misji.

Misja naukowa w celu zbadania lodowych księżyców będzie zużywać kilowaty mocy elektrycznej na pracę instrumentów naukowych i nawet 100 kilowatów aby dotrzeć do Jowisza oraz manewrować wokół jego satelitów. Reaktor musi dodatkowo przeznaczyć energię na zaawansowane naukowe eksperymenty oraz na wysyłanie danych na Ziemię z dużą szybkością.

Pomimo braku badań w Ameryce nad takim napędem na przestrzeni ostatnich lat, Los Alamos kontynuuje sprawdzanie technologii oraz projektów pozwalających na prędki i opłacalny program rozwoju. Współpracując z NASA’s Marshall Space Flight Center (Centrum lotów kosmicznych Marshalla) Los Alamos rozwiązało wiele problemów sprzętowych z poszczególnymi elementami, jak i na poziomie całego systemu.

Badacze z Los Alamos oraz NASA, współpracując z kolegami z NASA’s Jet Propulsion Laboratory i Sandia National Laboratories, sukcesywnie budowali coraz lepsze elementy do napędów jądrowych, między innymi 30-kilowatowy rdzeń reaktora, jedną trzecią ze 100-kilowatowego systemu (rdzeń plus wymiennik ciepła) i pojedynczy moduł, odpowiedni dla 500-kilowatowego rdzenia reaktora. Ekstensywne testowanie (nie na poziomie nuklearnym) jest kontynuowane.

Większość naukowców zgodziła się na wykorzystanie najlepszego paliwa i materiałów dla urządzenia widmowego połączonego zewnętrznie z reaktorem. Pozostaje jeszcze określić, jak najlepiej transportować energię z rdzenia reaktora do systemu konwertującego.

Los Alamos i NASA sprawdzają 3 podstawowe opcje chłodzenia rdzenia: wtłoczenie płynnego litu lub sodu; rury ciepłownicze z sodu lub litu; obojętny hel lub mieszaninę hel – ksenon. „Wiele z tych opcji sprawdzało się w ziemskich reaktorach, ale JIMO będzie unikatowy” – mówi Poston.

„Moc i potencjalna wytrzymałość kosmicznych reaktorów jądrowych jest praktycznie nieograniczona w porównaniu wymaganiami jakie stawiają przyszłe misje NASA” – twierdzi Poston. – „Jednakże jest oczywistym, że wykonanie i ryzyko techniczne jest ściśle połączone z wymaganą mocą i wytrzymałością, wiec musimy dokładnie ocenić to ryzyko zanim wytworzymy pierwszy system. Reaktor 500-kilowatowy jest stworzyć łatiwej niż 1000-kilowatowy„.

„Pierwszy krok powinien być tak mały, aby zapewnić sukces i aby zdobyć doświadczenie, wyniki i infrastrukturę do kolejnych, bardziej zaawansowanych projektów” – wnioskuje Poston. – „Po tym wszystkim, możemy przenieść się w naprawdę ambitną eksplorację, do której wykorzystamy kilka megawatów energii jądrowej do napędu. Jednak, nasze najbliższe wysiłki powinny bazować na sukcesie pierwszej misji„

Los Alamos National Laboratory jest obsługiwane przez University of California dla National Security Administration (NNSA) amerykańskiego Department of Energy i pracuje we współpracy z NNSA’s Sandia and Lawrence Livermore National Laboratories aby wspierać NNSA w jego misji.

Los Alamos rozwija się i stosuje najnowsze technologie aby zapewnić bezpieczeństwo i wiarygodność amerykańskich nuklearnych środków obrony; zmniejszyć zagrożenie bronią masowego rażenia, rozpowszechniania się terroryzmu, rozwiązać narodowe problemu obrony, energii, środowiska i infrastruktury.