Úterý, Únor 25

Historie využití jaderné energie při kosmických letech

Možná Vás hned nenapadne spojovat si vesmírné lety s americkým ministerstvem energetiky (Department of Energy, DoE), ale bylo by to záhodno, protože jaderné energetické systémy, které zde byly vyvinuty, umožnily realizovat mnoho úchvatných meziplanetárních výzkumných cest.

Výzkum okrajových částí sluneční soustavy sondou Voyager 1, jejíž provoz trvá již 37 let, by bez využití jádra nebyl možný. (Zdroj: Nasa.gov)
Výzkum okrajových částí sluneční soustavy sondou Voyager 1, jejíž provoz trvá již 37 let, by bez využití jádra nebyl možný. (Zdroj: Nasa.gov)

Oddělení ministerstva energetiky s názvem Office of Space and Defense Power Systems a jeho předchůdci společně s výzkumným ústavem National Labs a soukromými průmyslovými partnery vyvinulo radioizotopový termoelektrický generátor, který potom NASA použila při početných dlouhodobých misích, kdy poskytoval energii průzkumným sondám včetně například Voyager 1 a 2, Viking 1 a 2 a Curiosity. Tento kompaktní a spolehlivý generátor dodává energii při vykonávání cílů mise a udržuje teplotu přístrojů na hodnotě potřebné pro jejich provoz, což by jinak v chladu a temnu hlubokého vesmíru nebylo možné. I přes svou relativní jednoduchost zabezpečovaly tyto generátory energii při nejúspěšnějších a nejvíce inspirujících misí amerického vesmírného programu.

Využití plutonia k výrobě elektřiny

I přes to, co můžete vidět ve filmech, jsou pouze dva reálné způsoby získávání elektrické energie během dlouhodobých kosmických misí: využití slunečních paprsků a tepla vznikajícího při radioaktivním rozpadu. Radioizotopový termoelektrický generátor, který přímo převádí teplo vznikající při rozpadu plutonia-238 na elektrický proud, je nepostradatelný pro dlouhotrvající mise ve vzdálených částech sluneční soustavy, kde by využití slunečních paprsků bylo nepraktické i nemožné.

Plutonium-238 je dobré jako zdroj energie pro kosmické sondy z několika hlavních důvodů. Jeho poločas rozpadu je 87,7 roku, což znamená, že uplyne z našeho hlediska velice dlouhá doba než jeho tepelný výkon klesne na polovinu. Dále zmíníme, že je stabilní při vysokých teplotách, může produkovat velké množství tepla, vyžaduje stínění silné jako list papíru a uvolňuje do okolí relativně málo radioaktivity, což znamená, že přístroje pro provedení mise nejsou touto radioaktivitou ovlivněny. Tento izotop plutonia navíc není používán v jaderných elektrárnách ani jako zbraňové plutonium, takže není omezován smlouvami o nešíření jaderného materiálu.

Pro použití v radioizotopovém termoelektrickém generátoru (občas nazývaném „kosmická baterie“) je plutonium zpracováno do keramických tablet. To má výhodu v tom, že v případě poškození paliva, například při selhání nosné rakety při startu či nehodě při návratu na Zemi, dojde k jeho rozlomení na velké kusy a ne k vypaření do atmosféry s následujícím rozptýlením a ohrožením lidí a životního prostředí. Během padesáti let používání pracovaly všechny generátory vypuštěné do vesmíru bezpečně a bez závad.

Schéma radioizotopového termoelektrického generátoru. (Zdroj: Wikipedia.org)
Schéma radioizotopového termoelektrického generátoru. (Zdroj: Wikipedia.org)

Jaderné energetické systémy z počátků vesmírných letů

V roce 1961 se satelit Transit 4A, sloužící americkému námořnictvu pro navigaci, stal prvním americkým vesmírným plavidlem napájeným pomocí jaderného energetického zdroje. Jako tento zdroj byl použit radioizotopový termoelektrický generátor vyvinutý pro NASA soukromou společností, další byly vyvíjeny americkým ministerstvem energetiky a jejich vývoj pokračuje dodnes.

Radioizotopové termoelektrické generátory přeměňují teplo vznikající při rozpadu jader plutonia-238 na elektřinu bez použití pohyblivých částí, přičemž využívají polovodičové termočlánky. Generátor použitý v družici Transit 4A měl elektrický výkon 52,5 W, což by pro srovnání v dnešní době stačilo k napájení slabšího notebooku, ale tato družice po prvním desetiletí svého provozu držela rekord jakožto nejstarší kosmické plavidlo vysílající signál. Během této doby urazila přes 3,2 miliardy kilometrů, přičemž provedla 55 000 obletů zeměkoule.

V roce 1969 vypustila NASA družici Nimbus III, která se stala prvním americkým meteorologickým satelitem poháněným radioizotopovým termoelektrickým generátorem. Měřila tlak vzduchu, sluneční ultrafialové záření, ozonovou díru a pokrytí moře ledem během dne i noci. Na své palubě také nesla infračervené senzory, které pořídily první satelitní snímky Země. Kromě jaderného zdroje energie byla družice poháněna i 10 500 solárních článků.

Příprava družice Transit 4A před jejím vzletem do vesmíru. (Zdroj: Space.com)
Příprava družice Transit 4A před jejím vzletem do vesmíru. (Zdroj: Space.com)

Kosmické baterie na Měsíci

Mise Apollo, které přistály na Měsíci, zahrnovaly i umístění experimentálních zařízení známých pod zkratkou ALSEP – Apollo Lunar Surface Experiment Package. Tato zařízení byla zanechána americkými kosmonauty na povrchu Měsíce, aby i nadále odesílala data na Zemi. První část zařízení sice získávala elektřinu pomocí solárních panelů, ale pro svůj ohřev používala dva 15W radioizotopové termoelektrické generátory.

Zbývající zařízení již byla napájena 70W radioizotopovými termoelektrickými generátory. Přístroje ALSEP významně přispěly k tomu, co je nám dnes o Měsíci známo včetně informací o slunečním větru, slunečním záření a o tom, že geologické děje na Měsíci dodnes neustaly. Provoz pěti zařízení ALSEP byl ukončen v roce 1977.

Americký kosmonaut Buzz Aldrin vedle seismické stanice umístěné na povrchu Měsíce v roce 1969 během mise Apollo 11. (Zdroj: Nasa.gov)
Americký kosmonaut Buzz Aldrin vedle seismické stanice umístěné na povrchu Měsíce v roce 1969 během mise Apollo 11. (Zdroj: Nasa.gov)
Radioizotopový termoelektrický generátor používaný misí Apollo 14 v roce 1971. (Zdroj: Nasa.gov)
Radioizotopový termoelektrický generátor používaný misí Apollo 14 v roce 1971. (Zdroj: Nasa.gov)

 

V příštím pokračování se podíváme na průzkum sluneční soustavy a lety do mezihvězdného prostoru.

Zdroj: Breakingenergy.com

2 Comments

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..