अंतरिक्ष में परमाणु ऊर्जा

अंतरिक्ष में परमाणु ऊर्जा का अर्थ बाह्य अंतरिक्ष में परमाणु ऊर्जा के उपयोग से है जैसे सामान्य रूप से विधुत या ऊष्मा के लिए या तो छोटी परमाणु विखंडन प्रणाली अथवा रेडियोधर्मी क्षय के उपयोग से है। अन्य उपयोग वैज्ञानिक अवलोकन के लिए है जैसे मोसबाउर स्पेक्ट्रोमीटर में। सबसे सामान्य प्रकार रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर है जिसका उपयोग कई अंतरिक्ष जांचों और चालक दल के चंद्र अभियानों पर किया गया है। पृथ्वी अवलोकन उपग्रहों के लिए छोटे विखंडन रिएक्टर जैसे कि टोपाज़ परमाणु रिएक्टर भी प्रतिस्थापित किये गए हैं। रेडियोआइसोटोप ऊष्मीय इकाई रेडियोधर्मी क्षय द्वारा संचालित होती है और संभावित रूप से कई दशकों तक घटकों को कार्य करने के लिए अत्यधिक ठंडा होने से उनकी रक्षा कर सकती है। संयुक्त राज्य अमेरिका ने सन 1965 में 43 दिनों के लिए अंतरिक्ष में SNAP-10A परमाणु रिएक्टर का परीक्षण किया एवं अंतरिक्ष उपयोग हेतु परमाणु रिएक्टर पावर प्रणाली का अगला परीक्षण 13 सितंबर 2012 को किलोपावर रिएक्टर के फ्लैटटॉप विखंडन (DUFF) परीक्षण का उपयोग करके होने वाले प्रदर्शन के साथ होगा।

1965 रोमाश्का रिएक्टर के भूमि-आधारित प्रायोगिक परीक्षण के पश्चात जिसमें यूरेनियम और प्रत्यक्ष ताप विद्युत रूपांतरण का उपयोग बिजली में किया गया था तथा USSR ने लगभग 40 परमाणु-इलेक्ट्रिक उपग्रहों को अंतरिक्ष में भेजा जो अधिकतर बीईएस-5 रिएक्टर द्वारा संचालित थे। अधिक शक्तिशाली TOPAZ-II रिएक्टर ने 10 किलोवाट बिजली का उत्पादन किया।

अंतरिक्ष प्रणोदन प्रणालियों के लिए परमाणु ऊर्जा का उपयोग करने वाली अवधारणाओं के उदाहरणों में परमाणु विद्युत रॉकेट (परमाणु संचालित आयन थ्रस्टर), रेडियोआइसोटोप रॉकेट और रेडियोआइसोटोप विद्युत प्रणोदन (REP) सम्मिलित हैं। अधिक खोजी गई अवधारणाओं में से एक परमाणु थर्मल रॉकेट है जिसका NERVA कार्यक्रम में भूमि परीक्षण किया गया था। परमाणु पल्स प्रणोदन प्रोजेक्ट ओरियन (परमाणु प्रणोदन) का विषय था।

विनियमन और संकट की रोकथाम
सन 1967 में बाह्य अंतरिक्ष संधि द्वारा अंतरिक्ष के सैन्यीकरण पर प्रतिबंध के पश्चात परमाणु ऊर्जा पर कम से कम सन 1972 से राज्यों द्वारा संवेदनशील मुद्दे के रूप में चर्चा की गई है। विशेष रूप से पृथ्वी के पर्यावरण और इस प्रकार मनुष्यों के लिए इसके संभावित संकटों ने राज्यों को संयुक्त राष्ट्र महासभा में बाहरी अंतरिक्ष में परमाणु ऊर्जा स्रोतों के उपयोग के लिए प्रासंगिक सिद्धांतों (1992) को अपनाने के लिए प्रेरित किया है, विशेष रूप से प्रक्षेपण और अंतरिक्ष यातायात प्रबंधन के लिए सुरक्षा सिद्धांतों को प्रस्तुत किया है।

लाभ
परमाणु ऊर्जा कुछ क्षेत्रों में लाभ प्रदान कर सकती है जबकि सौर ऊर्जा का उपयोग सामान्य रूप से अधिक किया जाता है। सौर सेल जोकि कुशल हैं वे केवल उन कक्षाओं में अंतरिक्ष यान को ऊर्जा की आपूर्ति कर सकते हैं जहां सौर प्रवाह पर्याप्त रूप से अधिक है जैसे कि पृथ्वी की निचली कक्षा और सूर्य के अधिक निकट अंतरग्रहीय गंतव्य। सौर कोशिकाओं के विपरीत परमाणु ऊर्जा प्रणालियाँ सूर्य के प्रकाश से स्वतंत्र रूप से कार्य करती हैं जो गहरे अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए आवश्यक है। परमाणु-आधारित प्रणालियों में समतुल्य शक्ति के सौर कोशिकाओं की तुलना में कम द्रव्यमान हो सकता है जिससे अधिक कॉम्पैक्ट अंतरिक्ष यान की अनुमति मिलती है जो अंतरिक्ष में उन्मुख और निर्देशित करने में सुविधाजनक होते हैं। चालक दल अंतरिक्ष उड़ान के सम्बन्ध में परमाणु ऊर्जा अवधारणाएं जो जीवन समर्थन और प्रणोदन प्रणाली दोनों को शक्ति प्रदान कर सकती हैं इस प्रकार ये लागत और उड़ान समय दोनों को कम कर सकती हैं। अंतरिक्ष के लिए चयनित अनुप्रयोगों और/ या प्रौद्योगिकियों में सम्मिलित हैं:


 * रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर
 * रेडियोआइसोटोप ऊष्मीय इकाई
 * रेडियोआइसोटोप पीजोइलेक्ट्रिक जनरेटर
 * रेडियोआइसोटोप रॉकेट
 * परमाणु ऊष्मीय रॉकेट
 * परमाणु पल्स प्रणोदन
 * परमाणु विद्युत रॉकेट

रेडियोआइसोटोप प्रणाली
पचास से अधिक वर्षों से रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (RTG) अंतरिक्ष में संयुक्त राज्य अमेरिका का मुख्य परमाणु ऊर्जा स्रोत रहे हैं। आरटीजी कई लाभ प्रदान करते हैं; वे अपेक्षाकृत सुरक्षित और रखरखाव-मुक्त हैं एवं कठिन परिस्थितियों में लचीले और दशकों तक कार्य कर सकते हैं। आरटीजी अंतरिक्ष के उन भागों में उपयोग के लिए विशेष रूप से वांछनीय हैं जहां सौर ऊर्जा एक व्यवहार्य ऊर्जा स्रोत नहीं है। 25 भिन्न-भिन्न अमेरिकी अंतरिक्ष यानों को बिजली देने के लिए दर्जनों आरटीजी प्रयोग किए गए हैं जिनमें से कुछ 20 से अधिक वर्षों से कार्य कर रहे हैं। अंतरिक्ष अभियानों पर विश्व स्तर पर (मुख्य रूप से US और USSR) 40 से अधिक रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर का उपयोग किया गया है।

उन्नत स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनरेटर (AARG, स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनरेटर (SRG) का प्रारूप) परमाणु ईंधन की प्रति इकाई RTG की लगभग चार गुना विद्युत शक्ति का उत्पादन करता है परन्तु स्टर्लिंग प्रौद्योगिकी पर आधारित उड़ान-तैयार इकाइयां 2028 तक अपेक्षित नहीं हैं।

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भविष्य में नासा ने सुदूर टाइटन (चंद्रमा) का पता लगाने के लिए दो एएसआरजी का उपयोग करने की योजना बनाई है।

रेडियोआइसोटोप विधुत जनरेटर में संलग्न हैं:
 * एसएनएपी-19, एसएनएपी-27 (परमाणु सहायक ऊर्जा के लिए प्रणाली)
 * एमएचडब्ल्यू-आरटीजी
 * जीपीएचएस-आरटीजी
 * एमएमआरटीजी
 * एएसआरजी (उन्नत स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनरेटर)

वैज्ञानिक उपकरणों को उचित तापमान पर गर्म करने के लिए अंतरिक्ष यान में विकिरण समस्थानिक हीटर इकाइयों (RHU) का भी उपयोग किया जाता है ताकि वे कुशलतापूर्वक काम करें। आरएचयू का बड़ा प्रारुप जिसे सामान्य प्रयोजन ऊष्मा स्रोत (जीपीएचएस) कहा जाता है इसका उपयोग आरटीजी और एएसआरजी को विधुत धारा देने के लिए किया जाता है।

बहु-दशकों के जीवनकाल वाले अन्तर्तारकीय जांचों पर उपयोग के लिए अत्यधिक धीमी गति से क्षय करने वाले विकिरण समस्थानिक का प्रस्ताव किया गया है।

सन 2011 तक विकास की एक और दिशा उपक्रांतिक परमाणु प्रतिक्रियाओं द्वारा सहायता प्राप्त आरटीजी थी।

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विखंडन प्रणाली
किसी अंतरिक्ष यान की हीटिंग या प्रणोदन प्रणाली को शक्ति प्रदान करने के लिए विखंडन शक्ति प्रणालियों का उपयोग किया जा सकता है। ऊष्मीय आवश्यकताओं के संदर्भ में जब अंतरिक्ष यान को विधुत हेतु 100 किलोवाट से अधिक की आवश्यकता होती है तो विखंडन प्रणाली आरटीजी की तुलना में अधिक लागत प्रभावी होती है।

सन 1965 में संयुक्त राज्य अमेरिका की संघीय सरकार ने अंतरिक्ष रिएक्टर एसएनएपी-10A लॉन्च किया जिसे एटॉमिक्स इंटरनेशनल द्वारा विकसित किया गया था जो उस समय उत्तरी अमेरिकी विमानन का प्रभाग था।

पिछले कुछ दशकों में कई विखंडन रिएक्टर प्रस्तावित किए गए हैं और सोवियत संघ ने सन 1967 और 1988 के मध्य थर्मोइलेक्ट्रिक परिवर्तकों का उपयोग करके अपने आरओआरएसएटी उपग्रहों में 31 बीईएस-5 मंद विधुत विखंडन रिएक्टर लॉन्च किए।

सन 1960 और 1970 के दशक में सोवियत संघ ने TOPAZ परमाणु रिएक्टर विकसित किया जो इसके अतिरिक्त थर्मिओनिक कन्वर्टर्स का उपयोग करता था जबकि पहली परीक्षण उड़ान 1987 तक नहीं थी।

सन 1983 में नासा और अन्य अमेरिकी सरकारी एजेंसियों ने जनरल इलेक्ट्रिक और अन्य के साथ अनुबंध करके अगली पीढ़ी के अंतरिक्ष रिएक्टर एसपी-100 का विकास प्रारम्भ किया। सन 1994 में रूसी TOPAZ परमाणु रिएक्टर TOPAZ-II रिएक्टर प्रणाली में परिवर्तन के विचार के साथ SP-100 कार्यक्रम को मुख्यतः राजनीतिक कारणों से समाप्त कर दिया गया था। जबकि कुछ TOPAZ-II प्रोटोटाइप का भू स्थिति जांच किया गया था परन्तु प्रणाली को अमेरिकी अंतरिक्ष अभियानों के लिए कभी भी उपयोग नहीं किया गया।

सन 2008 में नासा ने चंद्रमा और मंगल की सतह पर एक छोटी विखंडन ऊर्जा प्रणाली का उपयोग करने की योजना की घोषणा की और इसे सफल बनाने के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकियों का परीक्षण आरम्भ किया।

प्रस्तावित विखंडन शक्ति प्रणाली अंतरिक्ष यान और अन्वेषण प्रणालियों में SP-100, JIMO परमाणु विद्युत प्रणोदन और विखंडन सतह शक्ति सम्मिलित है। अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए कई सूक्ष्म परमाणु रिएक्टरों के प्रकार विकसित किए गए हैं या विकासशील हैं:
 * रैपिड-एल (परमाणु रिएक्टर)
 * संवृत चक्र मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक (सीसीएमएचडी) बिजली उत्पादन प्रणाली
 * एसपी-100
 * क्षार-धातु थर्मल से विद्युत कनवर्टर (एएमटीईसी)
 * किलोपावर

परमाणु थर्मल प्रणोदन प्रणाली (NTR) विखंडन रिएक्टर की ताप शक्ति पर आधारित होती है जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा संचालित प्रणोदन प्रणाली की तुलना में अधिक कुशल प्रणोदन प्रणाली प्रस्तुत करती है। वर्तमान अनुसंधान पहले से ही अंतरिक्ष में उपस्थित अंतरिक्ष यान को आगे बढ़ाने के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में परमाणु विद्युत प्रणालियों पर अधिक ध्यान केंद्रित करता है।

अंतरिक्ष वाहनों को शक्ति देने के लिए अन्य अंतरिक्ष विखंडन रिएक्टरों में सुरक्षित लागत प्रभावी विखंडन इंजन एसएएफई -400 रिएक्टर और एचओएमईआर-15 सम्मिलित हैं। सन 2020 में रोस्कोस्मोस (रूसी संघीय अंतरिक्ष एजेंसी) ने परमाणु-संचालित प्रणोदन प्रणाली (क्लेडीश रिसर्च सेंटर में विकसित) का उपयोग करके एक अंतरिक्ष यान प्रक्षेपित करने की योजना बनाई है जिसमें 1 मेगावाट के साथ छोटा गैस-कूल्ड विखंडन रिएक्टर सम्मिलित है।

सितंबर सन 2020 में नासा और संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग (डीओई) ने चंद्र परमाणु ऊर्जा प्रणाली के प्रस्तावों के लिए औपचारिक अनुरोध जारी किया जिसमें सन 2021 के अंत तक पूरा किए गए प्रारंभिक प्रारूपों को कई पुरस्कार दिए जाएंगे जबकि दूसरे चरण में सन 2022 के आरम्भ तक वे 2027 में चंद्रमा पर स्थापित की जाने वाली 10-किलोवाट विखंडन बिजली प्रणाली विकसित करने के लिए कंपनी का चयन करेंगे।



प्रोजेक्ट प्रोमेथियस
सन 2002 में नासा ने परमाणु प्रणाली विकसित करने की दिशा में एक पहल की घोषणा की जिसे बाद में प्रोजेक्ट प्रोमेथियस के रूप में जाना गया। प्रोमेथियस प्रोजेक्ट का प्रमुख भाग स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जेनरेटर और मल्टी-मिशन थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर एवं दोनों प्रकार के RTG विकसित करना था। इस परियोजना का लक्ष्य अंतरिक्ष यान की शक्ति और प्रणोदन के लिए लंबे समय से उपयोग किए जाने वाले RTG की जगह एक सुरक्षित और लंबे समय तक चलने वाले अंतरिक्ष विखंडन रिएक्टर प्रणाली का उत्पादन करना भी है। बजट की कमी के कारण परियोजना को प्रभावी ढंग से रोकना पड़ा परन्तु प्रोजेक्ट प्रोमेथियस को नवीन प्रणालियों का परीक्षण करने में सफलता मिली है। इसके निर्माण के पश्चात वैज्ञानिकों ने उच्च शक्ति विद्युत प्रणोदन (HiPEP) आयन इंजन का सफलतापूर्वक परीक्षण किया जिसने अन्य बिजली स्रोतों की तुलना में ईंधन दक्षता, थ्रस्टर जीवनकाल और थ्रस्टर दक्षता में पर्याप्त लाभ प्रदान किया।

दृश्य
अंतरिक्ष परमाणु ऊर्जा प्रणालियों की छवियों की एक गैलरी।

 File:Fueling of the MSL MMRTG 001.jpg|मंगल विज्ञान प्रयोगशाला एमएमRTG के अंदर प्लूटोनियम युक्त लाल-गर्म खोल परमाणु क्षय से गुजर रहा है। एमएसएल को 2011 में लॉन्च किया गया था और अगस्त 2012 में मंगल ग्रह पर उतरा। File:Msl-MMRTG.jpg|एमएसएल एमएमRTG बाहरी। सफेद एप्टेक 2711 कोटिंग सूर्य के प्रकाश को प्रतिबिंबित करती है और साथ ही मंगल ग्रह के वातावरण में ऊष्मा भी पहुंचाती है File:SNAP 10A Space Nuclear Power Plant.jpg| SNAP-10A अंतरिक्ष परमाणु ऊर्जा संयंत्र, जिसे यहां पृथ्वी पर परीक्षणों में दिखाया गया है, 1960 के दशक में कक्षा में लॉन्च किया गया था। Image:Jupiter Icy Moons Orbiter 2.jpg|बृहस्पति बर्फ़ीला चंद्रमा ऑर्बिटर। एक लंबा बूम रिएक्टर को कुछ दूरी पर रखता है, जबकि एक विकिरण छाया ढाल अंतरिक्ष यान_थर्मल_कंट्रोल#रेडिएटर पंखों की सुरक्षा करती है 

यह भी देखें

 * अमेरीका
 * अंतरिक्ष में परमाणु ऊर्जा प्रणालियों की सूची
 * रेडियोआइसोटोप ताप वैद्युत जनरेटर# अंतरिक्ष में परमाणु ऊर्जा प्रणाली
 * मंगल ग्रह पर कठोर मानव मिशन
 * परमाणु पल्स प्रणोदन
 * परमाणु प्रणोदन
 * परमाणु तापीय रॉकेट
 * परमाणु विद्युत रॉकेट
 * अंतरिक्ष में बैटरियाँ
 * अंतरिक्ष यान पर सौर पैनल

बाहरी संबंध

 * KRUSTY - Kilopower Reactor Using Stirling Technology
 * Small Fission Power System Feasibility Study
 * Nuclear Power in Space - Office of Nuclear Energy - U.S. Department of Energy(.pdf)
 * SAFE-400 paper (fission reactor)
 * Design Concept for a Nuclear Reactor-Powered Mars Rover
 * David Poston, "Space Nuclear Power: Fission Reactors"
 * Design and Testing of Small Nuclear (.pdf file)
 * Overview of NASA and nuclear power in space
 * NASA Seeks Nuclear Power for Mars (December 2017)