Středa, Listopad 21

Komentář: Jaderná technologie ve vesmíru

Slyšeli jste o jaderné technologii, používané ve vesmíru v začátcích jeho zkoumání člověkem? Je to pravda – jaderná energie byla používána pro napájení vědeckých experimentů, satelitů a vesmírných sond. Jaderná energie by mohla být jednou používána k pohonu plavidel a posádky na jiné planety. Podívejte se na 3 základní jaderné technologie vesmíru.

Mise přistání Apolla na Měsíci. Apollo 12 přineslo malý jaderný generátor SNAP-27 pro potřeby napájení výzkumné stanice, která byla postavena na Měsíci. Stanice obsahovala různá čidla, která odesílala data zpět vědcům na Zem. Malý generátor SNAP-27, zařízení vpravo na fotografii poskytovalo přibližně 60 W elektřiny po dobu asi pěti let. Všechny výzkumné stanice známé jako „ALSEP“ (Apollo Lunar Surface Experiment Package) byly ze Země vypnuty v roce 1977 poté, co skončil program Apollo. (zdroj: ansnuclearcafe.org)

RTG

Tento typ technologie vesmírných zdrojů energie má dlouhé jméno, a sice Radioizotopický Termální Generátor. Skutečně to znamená, že radioaktivní materiál, který se vlivem rozpadu atomů zahřívá, je používán k výrobě elektřiny přímým užitím termoelektrického efektu. Tento efekt jednoduše vyrábí elektřinu ze dvou zahřátých drátů různých materiálů. Elektřiny, kterou lze tímto postupem získat, není mnoho, ale je možné ji produkovat po velmi dlouhou dobu. Tento zdroj je tedy vhodný pro velmi dlouhé lety, jako například pro družici Pioneer, která vyfotografovala Jupiter v 70. letech.

RTG zařízení byla použita i na satelitech obíhajících kolem Země. Na tomto obrázku je vidět satelit zkoumající počasí, používaný k fotografování mraků a bouřkových struktur, například hurikánů. Tento satelit, pojmenovaný Nimbus-B, měl solární panely jako hlavní zdroj energie, ale také disponoval dvěma SNAP-19 generátory, který každý dokázal dodávat 30 W (ty můžete vidět mezi solárními panely na spodní plošině). Generátory měly být schopny dodávat elektřinu po dobu jednoho roku. První satelity pro předpovědi počasí nebyly dokonalé a dnes máme mnohem lepší zařízení. (zdroj: ansnuclearcafe.org)

Vesmírné reaktorové systémy

Některá zařízení byla velmi náročná pro obyčejné RTG systémy. Pro zařízení s větší spotřebu, než bylo reálně dosažitelné s RTG, byly vyvinuty speciální reaktorové systémy. Jednalo se o zařízení velmi podobná těm z jaderných elektráren, ve kterých dochází k řízené štěpné řetězové reakci. Teplo vyrobené touto reakcí je následně přeměněno na elektřinu. Tento typ napájecího systému by byl užitečný při dlouhých misích s posádkou, jako například při letu na Mars. Při takové misi by posádka potřebovala uchovat potraviny a často komunikovat se Zemí. Přitom by byla spotřeba elektrického proudu mnohonásobně vyšší, než jakou by dokázaly RTG poskytnout.

První reaktorový systém vypuštěný do vesmíru byl prototyp SNAP-10A, který vyletěl v roce 1965. Tato technologie je vidět na obrázku. SNAP-10A používal jako chladiva tekutého sodíku, který byl čerpán přes reaktor do banky s výkonnými měniči, fungujícími na stejném principu jako RTG. (zdroj: ansnuclearcafe.org)
Tento diagram ilustruje, jakým způsobem fungoval napájecí modul SNAP-10A. Elektrické měniče jsou zobrazeny v pravém dolním rohu. I když se prototyp ve vesmíru porouchal po 43 dnech provozu kvůli špatnému regulátoru napětí, dvě stejné jednotky na Zemi fungovaly bezchybně po celý rok. Chladivem byla směs NaK. (zdroj: ansnuclearcafe.org)
Zde je vidět prototyp SNAP-10A před startem. Je menší, než jste si zřejmě mysleli. Tento reaktorový systém vyráběl pouze 500 W (dostatečný výkon pro malý fén na vlasy). Přesto to byl dostatečný výkon pro napájení systémů malé družice. Další modely reaktorových systémů byly navrženy s mnohem vyšším výkonem. Je nutné poznamenat, že ne všechny návrhy byly realizovány. Výzkum, který byl na těchto zařízeních proveden, se nyní reviduje, neboť se plánují nové kosmické lety. (zdroj: ansnuclearcafe.org)

Vesmírný jaderný pohon

Jadernou technologii je dokonce možné použít v raketových tryskách pro pohon lodi. Hlavní myšlenkou je použít plyn, který by byl v reaktoru zahřátý na extrémně vysokou teplotu a následně by expandoval v tryskách lodi. Tak by byla vesmírná loď urychlována. Normálně používají rakety chemického paliva, u kterého je problém s dlouhými lety, jelikož je ho nedostatek. Reaktor má tu výhodu, že všechno palivo bude mít v sobě a nebudou potřeba zásobní nádrže s palivem a kyslíkem. Jediné, co by taková raketa potřebovala je plyn, který by vypouštěla do vesmíru. Celý systém je pak mnohem jednodušší a kompaktnější.

Ilustrace použití vesmírného jaderného pohonu. Válcové nádrže v horní části obrázku by sloužily jako zásobárna plynu. (zdroj: ansnuclearcafe.org)

Tento raketový pohon měl podstatně menší tah, než klasické rakety spalující chemické palivo. Na druhou stranu ve Vesmíru, kde je gravitace zanedbatelně malá a chybí zde atmosféra, která by plavidlo brzdila, není třeba velký tah. Většina plánů počítala s dvojím pohonem. Klasický raketový motor by dostal celé zařízení a posádku do vesmíru, kde by se pohon vyměnil za jaderný pro daleké lety.

Jaderný raketový motor byl postaven a testován na zemi v 60. letech. Tento příklad NRX byl testován v nevadském zařízení. Trysky byly namířeny k nebi. (zdroj: ansnuclearcafe.org)

Jaderné technologie se znovu uvažují v rámci přípravy pilotovaného letu na Mars. Let lze zajistit dvěma způsoby. Buď velmi dlouhý let, který nebude vyžadovat silnou raketu, ale dostatečné množství zdrojů pro přežití posádky a uspokojení jejich potřeb, nebo krátký let s vysokou rychlostí rakety. Raketa by následně zpomalila k orbitu Marsu a po skončení expedice by se zase vrátila zpět. Pro dlouhé lety jsou jaderné technologie jedinou možností. Na druhou stranu lze rychle dopravit posádku k Marsu pouze s klasickými raketovými motory. Může vyjít najevo, že by posádka při dlouhých letech používala jadernou technologii obou typů. RTG nebo reaktorové systémy jsou pro zajištění stálé dodávky elektřiny nebo hlavního zdroje energie v místech, kam nedopadá sluneční zářní nezbytné. Také mohou zajistit jaderný pohon pro potřeby dopravy dlouhých letů.

Will Davis je členem Board of Directors NS Savannah Association. Pracuje jako konzultant Global American Business Institute. Píše populární články o palivovém cyklu, historii jaderných elektráren a novodobých technologiích. Také je členem provozovatelů reaktoru na USS Simon Bolivar.   

Zdroj: ansnuclearcafe.org

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.