Tenaga nuklir di luar angkasa

Tenaga nuklir di luar angkasa adalah penggunaan tenaga nuklir di luar angkasa, biasanya sistem fisi kecil atau peluruhan radioaktif untuk menghasilkan listrik atau panas. Penggunaan lain adalah untuk pengamatan ilmiah, seperti dalam spektrometer Mössbauer. Salah satu jenis yang umum digunakan adalah generator termoelektrik radioisotop, yang telah digunakan pada banyak wahana antariksa dan misi bulan berawak. Sedangkan yang satunya adalah reaktor fisi kecil untuk satelit pengamatan Bumi seperti reaktor nuklir TOPAZ. Unit pemanas radioisotop ditenagai oleh peluruhan radioaktif dan dapat menjaga komponen agar tidak terlalu dingin untuk berfungsi, kemungkinan selama beberapa dekade.

Amerika Serikat menguji reaktor nuklir SNAP-10A di luar angkasa selama 43 hari pada tahun 1965, dan tes selanjutnya dalam pengujian sistem tenaga reaktor nuklir untuk penggunaan di luar angkasa dilaksanakan pada 13 September 2012 dengan uji Demonstrasi Menggunakan Fisi Flattop (DUFF) dari reaktor Kilopower.

Setelah tes darat dari reaktor eksperimental Romashka pada 1965 yang menggunakan uranium dan konversi termoelektrik langsung ke listrik, Uni Soviet meluncurkan sekitar 40 satelit nuklir-listrik ke luar angkasa, sebagian besar ditenagai oleh reaktor BES-5. Reaktor TOPAZ-II yang lebih kuat mampu menghasilkan 10 kilowatt listrik.

Contoh konsep yang menggunakan tenaga nuklir untuk sistem propulsi luar angkasa termasuk roket listrik nuklir (pendorong ion bertenaga nuklir), roket radioisotop, dan propulsi listrik radioisotop (REP). Salah satu yang lebih dipelajari adalah roket termal nuklir, yang diuji coba dalam program NERVA. Propulsi pulsa nuklir adalah subjek dari Proyek Orion.

Keuntungan 

Sementara tenaga surya jauh lebih umum digunakan, tenaga nuklir dapat menawarkan keuntungan dalam beberapa hal. Sel surya, meskipun efisien, hanya dapat memasok energi ke pesawat luar angkasa dalam orbit yang menerima fluks matahari cukup tinggi, seperti orbit Bumi yang rendah dan tujuan antarplanet yang cukup dekat dengan Matahari. Tidak seperti sel surya, sistem tenaga nuklir berfungsi secara independen dari sinar matahari, yang diperlukan untuk eksplorasi luar angkasa yang dalam. Reaktor nuklir dapat bermassa lebih sedikit dari sel surya dengan kapasitas setara, sehingga memungkinkan pesawat luar angkasa menjadi lebih ringkas dan lebih mudah untuk diarahkan di luar angkasa. Dalam kasus pesawat luar angkasa berawak, konsep tenaga nuklir yang dapat memberi daya pada sistem pendukung kehidupan sekaligus sistem propulsi dapat mengurangi biaya dan waktu penerbangan.

Aplikasi dan/atau teknologi yang dipilih untuk luar meliputi:

 Generator termoelektrik radioisotop
 Unit pemanas radioisotop
 Generator piezoelektrik radioisotop
 Roket radioisotop
 Roket termal nuklir
 Propulsi pulsa nuklir
 Roket listrik nuklir

Jenis

Sistem radioisotop 

Selama lebih dari lima puluh tahun, generator termoelektrik radioisotop (RTG) telah menjadi sumber tenaga nuklir utama Amerika Serikat di luar angkasa. RTG menawarkan banyak manfaat; mereka relatif aman dan bebas perawatan, tangguh dalam kondisi yang keras, dan dapat beroperasi selama beberapa dekade. RTG sangat diinginkan untuk digunakan di luar angkasa ketika tenaga surya bukan pilihan sumber daya yang layak. Lusinan RTG telah diterapkan untuk memberi daya pada 25 pesawat luar angkasa AS yang berbeda, beberapa di antaranya telah beroperasi selama lebih dari 20 tahun. Lebih dari 40 generator termoelektrik radioisotop telah digunakan secara global (terutama AS dan Uni Soviet) untuk misi luar angkasa.

Generator radioisotop Stirling (ASRG, model generator radioisotop Stirling (SRG) yang menghasilkan kira-kira empat kali daya listrik RTG per unit bahan bakar nuklir, tetapi unit yang siap terbang berdasarkan teknologi Stirling baru akan ada pada tahun 2028.

Generator daya radioisotop meliputi:

 SNAP-19, SNAP-27 (Sistem untuk Tenaga Bantu Nuklir)
 MHW-RTG
 GPHS-RTG
 MMRTG
 ASRG (Generator radioisotop Stirling maju)

Radioisotop dengan peluruhan yang sangat lambat telah diusulkan untuk digunakan pada penyelidikan antarbintang dengan masa hidup multi-dekade.

Pada 2011, arah lain untuk pengembangan adalah RTG yang dibantu oleh reaksi nuklir subkritis.

Sistem fisi 
Pada tahun 1965, AS meluncurkan reaktor luar angkasa, SNAP-10A, yang telah dikembangkan oleh Atomics International, yang saat itu merupakan divisi dari North American Aviation.

Pada tahun 1983, NASA dan lembaga pemerintah AS lainnya memulai pengembangan reaktor luar angkasa generasi berikutnya, SP-100, yang dikontrakkan pada General Electric dan lainnya. Pada tahun 1994, program SP-100 dibatalkan, sebagian besar karena alasan politik, dengan gagasan transisi menuju sistem reaktor TOPAZ-II Rusia. Meskipun beberapa prototipe TOPAZ-II diuji di darat, sistem ini tidak pernah digunakan untuk misi luar angkasa AS.

Pada tahun 2008, NASA mengumumkan rencana untuk menggunakan sistem tenaga fisi kecil di permukaan bulan dan Mars, dan mulai menguji teknologi "kunci" untuk membuahkan hasil. Sistem pesawat luar angkasa bertenaga fisi yang diusulkan dan sistem eksplorasi termasuk SP-100, propulsi listrik nuklir JIMO, dan Fission Surface Power. Sejumlah jenis reaktor nuklir mikro telah dikembangkan atau sedang dikembangkan untuk aplikasi luar angkasa:

 Baterai-U buatan Jan Leen Kloostermans
 RAPID-L
 Sistem pembangkit listrik magnetohidrodinamis siklus tertutup (CCMHD)
 SP-100
 Konverter Termoelektrik Logam Alkali (AMTEC)
 Kilopower

Sistem propulsi termal nuklir (NTR) didasarkan pada daya panas reaktor fisi, menawarkan sistem propulsi yang lebih efisien daripada yang didukung oleh reaksi kimia. Penelitian saat ini lebih berfokus pada sistem listrik nuklir sebagai sumber daya untuk menyediakan daya dorong untuk mendorong pesawat luar angkasa yang sudah ada di luar angkasa.

Reaktor fisi luar angkasa lainnya untuk menggerakkan kendaraan luar angkasa termasuk reaktor SAFE-400 dan HOMER-15. Pada tahun 2020, Roscosmos (Badan Antariksa Federal Rusia) berencana untuk meluncurkan pesawat luar angkasa yang menggunakan sistem propulsi bertenaga nuklir (dikembangkan di Pusat Penelitian Keldysh), yang mencakup reaktor fisi berpendingin gas kecil dengan daya 1 MWe.

Proyek Prometheus 
Pada tahun 2002, NASA mengumumkan inisiatif pengembangan sistem nuklir, yang kemudian dikenal sebagai Proyek Prometheus. Bagian utama dari Proyek Prometheus adalah untuk mengembangkan Stirling Radioisotopope Generator dan Multi-Mission Thermoelectric Generator, keduanya merupakan jenis RTG. Proyek ini juga bertujuan untuk menghasilkan sistem reaktor fisi luar angkasa yang aman dan tahan lama untuk tenaga listrik dan daya dorong pesawat luar angkasa, menggantikan RTG yang telah lama digunakan. Kendala anggaran mengakibatkan penghentian proyek, tetapi Proyek Prometheus telah berhasil menguji sistem baru. Setelah penciptaannya, para ilmuwan berhasil menguji mesin ion High Power Electric Propulsion (HiPEP), yang menawarkan keuntungan besar dalam efisiensi bahan bakar, masa pakai pendorong, dan efisiensi pendorong dibandingkan sumber daya lainnya.

Lihat pula 

 Propulsi pulsa nuklir
 Propulsi nuklir
 Roket termal nuklir
 Roket listrik nuklir
 Baterai di luar angkasa
 Panel surya di pesawat luar angkasa

Referensi 

 
Teknologi luar angkasa