มนุษยชาติกำลังเข้าสู่ยุคใหม่ของการสำรวจอวกาศ ที่ไม่ได้จำกัดอยู่แค่การปักธงหรือทิ้งรอยเท้าไว้บนพื้นผิวของดวงจันทร์อีกต่อไป เป้าหมายคือการสร้างถิ่นฐานถาวร เพื่อใช้เป็นฐานสำหรับการเดินทางสู่ดาวอังคารและห้วงอวกาศอันไกลโพ้น และหัวใจสำคัญของการสร้างและดำรงอยู่บนดวงจันทร์ก็คือ “พลังงาน”
ทำไมต้องใช้พลังงานนิวเคลียร์บนดวงจันทร์?
พลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหลักของภารกิจอวกาศส่วนใหญ่ในปัจจุบัน มีข้อจำกัดที่สำคัญสำหรับฐานทัพถาวรบนดวงจันทร์
- กลางคืนที่ยาวนาน: วันหนึ่งบนดวงจันทร์กินเวลาราว 28 วันบนโลก ซึ่งหมายถึงช่วงกลางคืนที่มืดมิดยาวนานถึง 14.5 วัน การพึ่งพาแผงโซลาร์เซลล์เพียงอย่างเดียวจะทำให้ต้องมีแบตเตอรี่ขนาดใหญ่และไม่สามารถใช้งานได้จริงเพื่อสำรองพลังงานสำหรับช่วงกลางคืน (ลองนึกภาพว่าสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ต้องใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาดรวมกว่า 4,700 กก. สำหรับช่วงกลางคืนเพียง 35 นาที หากปรับสเกลให้ครอบคลุมกลางคืนบนดวงจันทร์ แบตเตอรี่จะมีน้ำหนักมากกว่า 3.2 ล้านกิโลกรัม ซึ่งอาจมีค่าใช้จ่ายสูงถึง 4 ล้านล้านดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับค่าขนส่งเพียงอย่างเดียว)
- พื้นที่ร่มเงาถาวร (PSRs): บริเวณขั้วใต้ของดวงจันทร์มีหลุมอุกกาบาตที่อยู่ในร่มเงาถาวร ซึ่งเชื่อกันว่ามีน้ำแข็งอยู่เป็นจำนวนมาก น้ำแข็งนี้เป็นทรัพยากรที่สำคัญสำหรับน้ำดื่มและเชื้อเพลิงสำหรับจรวด แต่เนื่องจากไม่มีแสงอาทิตย์เข้าถึง ทำให้แผงโซลาร์เซลล์ไร้ประโยชน์ในพื้นที่เหล่านี้
- ภารกิจดาวอังคาร: หากระบบพลังงานที่พัฒนาขึ้นสำหรับดวงจันทร์สามารถนำไปใช้กับดาวอังคารได้ด้วย จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง อย่างไรก็ตาม แผงโซลาร์เซลล์บนดาวอังคารมีประสิทธิภาพลดลงถึง 43% เมื่อเทียบกับโลก และยังต้องเผชิญกับพายุฝุ่นทั่วทั้งดาวเคราะห์ที่สามารถคงอยู่ได้นานหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน ทำให้แผงโซลาร์เซลล์ถูกปกคลุมไปด้วยฝุ่น
ด้วยเหตุผลเหล่านี้ พลังงานนิวเคลียร์ฟิชชันจึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด สำหรับการจัดหาพลังงานที่เสถียรและต่อเนื่องสำหรับที่อยู่อาศัย ระบบช่วยชีวิต การทดลอง และอุตสาหกรรมบนดวงจันทร์และดาวอังคาร
ระบบพลังงานฟิชชันบนพื้นผิว (Fission Surface Power - FSP)
นาซาและกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DoE) ได้ใช้เวลาหลายปีในการพัฒนาระบบพลังงานนิวเคลียร์ขนาดเล็กสำหรับฐานทัพบนดวงจันทร์ การทำเหมือง และที่อยู่อาศัยระยะยาว โครงการ FSP เป็นผลสืบเนื่องมาจากความสำเร็จของโครงการ Kilopower ซึ่งมีการสาธิตต้นแบบที่เรียกว่า KRUSTY (Kilopower Reactor Using Stirling Tech) ในปี 2018
KRUSTY ประกอบด้วยแกนปฏิกรณ์ยูเรเนียม-235 แบบหล่อแข็ง (ขนาดเท่าม้วนกระดาษเช็ดมือ) และท่อความร้อนโซเดียมแบบพาสซีฟที่ถ่ายเทความร้อนจากปฏิกิริยาฟิชชันที่ช้าไปยังเครื่องยนต์สเตอร์ลิงประสิทธิภาพสูง ซึ่งเปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้า
ระบบ FSP ที่นาซาวางแผนไว้มีคุณสมบัติดังนี้:
- กำลังไฟ: ตั้งเป้าหมายไว้ที่ 40 กิโลวัตต์ (kW) ของพลังงานไฟฟ้าต่อเนื่อง ซึ่งเพียงพอที่จะจ่ายไฟให้กับบ้าน 30 หลังบนโลกเป็นเวลา 10 ปี บางแหล่งยังกล่าวถึงกำลังไฟ 100 kW
- อายุการใช้งาน: ออกแบบมาให้อายุการใช้งาน 10 ปี
- การทำงานอัตโนมัติ: สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องมีการบำรุงรักษาหรือการแทรกแซงจากมนุษย์
- น้ำหนัก: มีน้ำหนักไม่เกิน 6,000 กิโลกรัม (6 ตัน)
- ความปลอดภัยในการปล่อยจรวด: ปฏิกรณ์จะถูกปล่อยในสภาพเฉื่อย (inert configuration) โดยไม่มีปฏิกิริยาฟิชชันเกิดขึ้นระหว่างการปล่อย การลงจอด และการติดตั้ง เพื่อลดความเสี่ยงด้านรังสี กลไกภายในจะปล่อยแท่งควบคุมเมื่อปฏิกรณ์ถูกติดตั้งบนดวงจันทร์อย่างปลอดภัยเพื่อให้ปฏิกิริยาฟิชชันเริ่มต้นขึ้น
- การถ่ายเทความร้อน: ใช้ท่อความร้อนไอน้ำโซเดียม (sodium vapor heat pipe)
- องค์ประกอบ: ระบบจะถูกแบ่งออกเป็น 3 ส่วนหลัก ได้แก่ ระบบกำลัง ตัวควบคุม และตัวแปลงโหลด
ในปี 2022 นาซาและ DoE ได้มอบสัญญามูลค่า 5 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ให้กับสามบริษัท (Lockheed Martin, Westinghouse Electric Corporation, และ IX) เพื่อพัฒนาแนวคิดการออกแบบสำหรับปฏิกรณ์ฟิชชันในอวกาศ โดยมีแผนจะมีการสาธิตเทคโนโลยีบนดวงจันทร์ในต้นทศวรรษ 2030 และมีการกำหนดเป้าหมายเบื้องต้นสำหรับปฏิกรณ์ของสหรัฐฯ ให้เริ่มดำเนินการบนดวงจันทร์ได้ภายในปี 2030
ประโยชน์ของพลังงานนิวเคลียร์บนดวงจันทร์
- แหล่งพลังงานที่ไม่ขึ้นกับดวงอาทิตย์: ช่วยให้สามารถปฏิบัติการได้ตลอด 24 ชั่วโมง แม้ในช่วงกลางคืนที่ยาวนานหรือในพื้นที่ร่มเงาถาวรที่มีทรัพยากรน้ำแข็ง
- รองรับการขยายตัวของฐาน: พลังงานที่เข้มข้นนี้มีความสำคัญต่อการสนับสนุนการทำเหมืองทรัพยากรในแหล่งที่อุดมด้วยน้ำแข็ง การสร้างที่อยู่อาศัย และการชาร์จโรเวอร์และอุปกรณ์สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และ การใช้ทรัพยากรในแหล่งกำเนิด (In-Situ Resource Utilization - ISRU) เพื่อผลิตน้ำ เชื้อเพลิง และออกซิเจน
- โครงสร้างพื้นฐานเพื่ออิทธิพล: การสร้างปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถือเป็นการสร้างการแสดงตนของประเทศในพื้นที่นั้นๆ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการแข่งขันเชิงโครงสร้างพื้นฐาน แทนที่จะเป็นการแข่งขันด้านอาวุธ การมีโครงสร้างพื้นฐานที่แข็งแกร่งจะช่วยสร้างอิทธิพลและสิทธิในการเข้าถึงทรัพยากรในพื้นที่สำคัญทางภูมิรัฐศาสตร์ เช่น ขั้วใต้ของดวงจันทร์
ความท้าทายและข้อโต้แย้ง
แม้จะมีประโยชน์มากมาย แต่โครงการนี้ก็เผชิญกับความท้าทายและข้อโต้แย้งที่สำคัญ:
- ความกังวลด้านความปลอดภัยและรังสี: การใช้งานพลังงานนิวเคลียร์ในอวกาศไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่การนำปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ขึ้นไปบนดวงจันทร์ทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับความเสี่ยงด้านรังสีจากการรั่วไหล หรืออุบัติเหตุระหว่างการปล่อยและการปฏิบัติการ เหตุการณ์ในอดีต เช่น ดาวเทียม Kosmos 954 ของโซเวียตที่ตกในแคนาดาในปี 1978 ได้เน้นย้ำถึงความจำเป็นในการวางแผนฉุกเฉินและการแบ่งปันข้อมูลระหว่างประเทศ
- กรอบกฎหมาย: แม้ว่าจะมีกรอบกฎหมายระหว่างประเทศอยู่แล้ว เช่น หลักการเกี่ยวกับการใช้แหล่งพลังงานนิวเคลียร์ในอวกาศของสหประชาชาติในปี 1992 แต่ก็ยังต้องการการพัฒนากฎหมายระดับชาติและระหว่างประเทศเพิ่มเติม เพื่อรองรับการเป็นเจ้าของ การดำเนินงาน และความรับผิดชอบของภาคเอกชน ตลอดจนประเด็นการไม่แพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์
- การแพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์: การใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง (HEU) สำหรับปฏิกรณ์ทดสอบ Kilopower ได้ก่อให้เกิดข้อถกเถียง เนื่องจากขัดต่อนโยบายของสหรัฐฯ ที่ไม่สนับสนุนการใช้ HEU ในกิจกรรมพลเรือน นอกจากนี้ ในระหว่างการใช้งาน ปฏิกรณ์จะผลิตพลูโทเนียมซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นวัสดุสำหรับอาวุธได้ และความท้าทายในการบังคับใช้กฎหมายนอกเหนือขอบเขตอำนาจของรัฐที่ปล่อยจรวดอาจทำให้เกิดความกังวล จีนเองก็เคยแสดงความกังวลว่าการกระทำของสหรัฐฯ อาจเป็นลักษณะทางทหารและนำไปสู่การผลิตอาวุธนิวเคลียร์บนดวงจันทร์
- งบประมาณและการดำเนินการ: กำหนดเส้นตายปี 2030 เป็นเรื่องที่ท้าทายและสามารถทำได้หากได้รับการสนับสนุนทางการเงินและการเมืองที่เพียงพอ การเปลี่ยนแปลงงบประมาณของหน่วยงานและภาวะ "สมองไหล" ของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่นาซาเนื่องจากความไม่มั่นคงด้านการจ้างงานอาจส่งผลกระทบต่อความคืบหน้า
แนวทางแก้ไขและความคาดหวังในอนาคต
การจัดการกับความท้าทายเหล่านี้จำเป็นต้องมีแนวทางปฏิบัติที่ชัดเจน เช่น มาตรการสร้างความโปร่งใสและสร้างความเชื่อมั่น (Transparency and Confidence Building Measures - TCBMs) รวมถึงการลงทะเบียนรายละเอียดเกี่ยวกับระบบนิวเคลียร์ในอวกาศและแผนการปฏิบัติการเพื่อลดความกังวลว่าการปฏิบัติการเหล่านี้มีลักษณะทางทหาร นอกจากนี้ การพัฒนาเขตปลอดภัย (safety zones) และการปฏิบัติตามแนวทางความปลอดภัยของสหประชาชาติอย่างเคร่งครัดจะเป็นสิ่งสำคัญ
โครงการพลังงานนิวเคลียร์บนดวงจันทร์ไม่เพียงแต่จะเปิดประตูสู่การสำรวจอวกาศห้วงลึกที่ยั่งยืนเท่านั้น แต่ยังเป็นโอกาสอันดีในการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์ใหม่ๆ ที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์บนโลกได้ด้วย เช่น การพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็ก การออกแบบสถาปัตยกรรมที่ยืดหยุ่น และการป้องกันรังสี ซึ่งอาจส่งผลดีต่อการผลิตพลังงานสะอาดและการแพทย์ทางนิวเคลียร์บนโลก
แม้ว่าหนทางข้างหน้าจะเต็มไปด้วยความท้าทาย แต่ความสำเร็จในการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์บนดวงจันทร์จะเป็นก้าวสำคัญในการสนับสนุนอนาคตของมนุษยชาติในการอยู่นอกโลกได้อย่างยั่งยืน พลังงานคือหัวใจสำคัญ และพลังงานนิวเคลียร์คือกุญแจสำคัญที่จะปลดล็อกศักยภาพของดวงจันทร์และเปิดทางสู่ดาวเคราะห์อื่นๆ
แหล่งที่มา
https://www.pbs.org/newshour/science/analysis-why-nasa-is-planning-to-build-a-nuclear-reactor-on-the-moon-and-what-the-law-says
https://www.universetoday.com/articles/nasa-is-building-a-nuclear-reactor-to-power-lunar-and-martian-exploration
https://world-nuclear.org/information-library/non-power-nuclear-applications/transport/nuclear-reactors-for-space
https://www.indiatoday.in/science/story/nasa-to-build-nuclear-reactor-on-the-moon-is-it-possible-by-2030-2770611-2025-08-13
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น