宇宙原子力は、最後のフロンティアの次のフロンティアとして臨界質量に近づいている
宇宙に核兵器を置くという考えは国家安全保障上の悪夢のように聞こえるかもしれないが、適切な種類の核兵器は長期的な宇宙探査には必須となる可能性が高い。
少なくとも、今週開かれたアメリカ原子力学会のバーチャル年次総会で、宇宙産業と原子力産業の交差点に立つ専門家パネルが現状をこのように説明した。
「宇宙で重要な活動を行うには電力が必要です。そして、その電力を得るには…複雑な作業です」と、シアトルに拠点を置く原子力ベンチャー企業USNC-TechのCEO、パオロ・ヴェネリ氏は述べた。
たとえ月に水素燃料製造工場を建設したとしても、あるいは火星にメタン製造工場を建設したとしても、それらの工場を稼働させる電力はどこかから調達しなければなりません。そして研究によると、太陽光発電だけでは十分ではないことが示唆されています。
「太陽は素晴らしいですが、太陽系の特定の領域に限られます」とヴェネリ氏は述べた。「ですから、持続的に高出力の用途を望むなら、原子力発電システムが必要なのです。」
宇宙産業のベテランで、現在はコロラド鉱山大学の工学教授を務めるジョージ・サワーズ氏は、月面で極地の氷を採掘して燃料を生産するだけでなく、将来の宇宙飛行士のための飲料水と呼吸可能な空気も供給する計画に必要な電力を計算した。サワーズ氏の試算によると、水を水素と酸素に変換するには2メガワットの原子力発電所が必要になるという。
原子力は宇宙での推進力としても研究されている。アマゾン創業者のジェフ・ベゾス氏のブルーオリジンは、2025年に地球低軌道を超えて原子力熱推進システムを実証することを目指した国防総省のプロジェクトに取り組んでいる企業の1つだ。（原子力熱推進システムはロケットの推進剤を動かすために熱を発生させ、原子力電気推進システムはイオンスラスタ用の電力を発生させる。）
このプロジェクトは、米国国防高等研究計画局（DARPA）の資金提供を受けており、「機敏な地球周回軌道運用のための実証ロケット（DRACO）」として知られています。DRACOにおけるブルー・オリジンの商業パートナーは、原子炉の設計を担当するジェネラル・アトミックス社と、宇宙船のコンセプト策定でブルー・オリジンと協力するロッキード・マーティン社です。
DRACOの初期設計段階である18ヶ月間において、ジェネラル・アトミックス社は2,220万ドル、ブルー・オリジン社とロッキード・マーティン社はそれぞれ250万ドルと290万ドルの予算を獲得する予定である。DARPAは今後の段階についても別途入札を行う予定である。
DARPA が核熱推進に興味を持っているのは、この推進システムが従来の化学推進システムよりも最大 5 倍効率が高く、推力重量比が電気推進システムの 10,000 倍になることが期待されているためだ。
ヴェネリ氏によると、USNC-TechはDRACOの開発においてブルーオリジンとジェネラル・アトミックスを支援しているという。「ブルーオリジンとは他にもいくつか協力していますが、情報としてはまだ未定です」とヴェネリ氏は付け加えた。
USNC-Techは、ワシントン州レドモンドに施設を持つエアロジェット・ロケットダイン社とも核熱推進研究で提携している。ヴェネリ氏によると、同社はシアトルに拠点を置くファースト・モード社とも新たな共同研究を進めており、宇宙ミッション向けの新型充電式原子力電池の開発に取り組んでいるという。USNC-Techは、ここ数ヶ月だけでも、原子力電池の研究と、宇宙で原子炉に使用可能な材料を試験するための超高温施設の建設に向け、NASAから総額25万ドルの助成金を受けている。
ある意味、宇宙原子力は数十年前から存在している。プルトニウムを動力源とする放射性同位元素熱電発電機（RTG）は、アポロ月面着陸やボイジャー深宇宙探査機から火星のキュリオシティやパーサヴィアランス探査車に至るまで、NASAのミッションに電力を供給してきた。
本格的な原子炉を宇宙船、あるいは月や火星の表面に搭載すれば、状況はさらに加速するだろう。2004年、NASAは木星とその衛星を調査する探査機に小型原子炉を搭載する計画を立てたが、技術的な課題と予算の制約により、このミッションは翌年に中止された。
NASAと米国エネルギー省国家核安全保障局は、2018年にNASAのキロパワー宇宙原子炉プログラム向けに、KRUSTYという愛称の次世代原子炉の地上試験を成功裏に完了した。
このプログラムの目標は、早ければ2027年までに月面に10キロワットの実証炉を設置することだ。しかし、ロスアラモス国立研究所でキロパワー原子炉を設計し、ロスアラモスから分離独立したスペース・ニュークリア・パワー社の最高技術責任者を務めるデイブ・ポストン氏は、進捗は遅いと述べている。
「ここ3年間、特に何も起こっていない」と彼は言った。NASAは、月面原子力発電システムに関する提案依頼書（RFP）の作成作業がまだ続いていると述べている。
宇宙における核兵器に関しては、安全性が大きな問題となる。現行の規制制度では、プルトニウムを燃料とする発電機の打ち上げには大統領の承認が必要となる。プルトニウムの代わりにウランを使用する次世代の原子力電池は、それほど厳しい規制を受けないかもしれない。しかしながら、核物質を宇宙に打ち上げることを伴うプロジェクトは、厳密な審査を受けることになるだろう。
原子力業界内でも、宇宙における高濃縮ウラン（HEU）と低濃縮ウラン（LEU）の利用をめぐって議論が続いています。NASAの原子力計画が行き詰まっている理由の一つは、安全性への懸念です。
「ここでHEUとLEUのどちらが良いか議論するつもりはありません」と、ジェネラル・アトミックス社の原子力技術・材料部門の事業開発担当シニアディレクター、ロン・ファイビッシュ氏は述べた。「どのシステムにもそれぞれメリットがあると思います。ただ、これは設計の問題であり、安全性を重視した設計は可能だということを申し上げたいのです。」
トランプ政権の終盤に発布された宇宙政策指令は、原子力発電がアメリカの宇宙開発計画の一部として受け入れられるための道筋をスムーズにする可能性がある。しかし、宇宙商業化の長年の支持者であり、宇宙に特化したベンチャーキャピタル企業SpaceFundの創設パートナーであるリック・タムリンソン氏は、失敗は許されないと述べている。
「これは新しい分野なので、非常に混乱しており、慎重に検討する必要がある」とタムリンソン氏は述べた。「もう一つの課題は、宇宙に強い関心を持つ国がいくつかあることです。これらの国は、核兵器の発射に関して世論を気にする必要がありません。我々が誰が宇宙を規制し、誰があれを行うかで揉めている間に、これらの国が優位に立つ可能性もあるでしょう。」
アメリカと中国との宇宙開発競争の激化において、原子力は重要な要素となるのでしょうか？まさに国家安全保障上の悪夢のようです。
寄稿編集者のアラン・ボイル氏は、今週開催されたアメリカ原子力学会年次総会中の「Per Nuclear Ad Astra」パネルディスカッションの司会を務めました。
