Rosatom vyvíjí vesmírný jaderný reaktor

Koncepce vesmírné lodi s iontovým pohonem napájeným z jaderného reaktoru

Zásadních problémů, které brání letům s lidskou posádkou na Mars, je několik. Za prvé by takový let trval příliš dlouho, kosmonauti by museli v omezeném prostoru meziplanetární lodi strávit přibližně rok a půl. Kromě nároků na psychiku by potřebovali velmi mnoho zásob a také velmi těžké stínění, aby bylo co nejvíce omezeno jejich vystavení kosmickému záření. Odhadovaná cena paliva pro takový let činí asi 12 miliard dolarů, což jsou pro představu dva bloky jaderné elektrárny. A nejzásadnější překážkou je nemožnost návratu klasické chemické rakety.

Změnu by mohl přinést nový reaktor s unikátní konstrukcí, který připravuje ruský výzkumný ústav NIKIET, patřící do struktury Rosatomu, ve spolupráci s ruskou kosmickou agenturou Roskosmos. Navrhují totiž použít iontový pohon, který by při použití výkonného reaktoru mohl donést kosmonauty k Marsu za 30 až 90 dní a navíc by si ponechal dostatek paliva ke zpáteční cestě. Ruští vědci vychází ze zkušeností s jadernými reaktory TOPAZ chlazenými sodíkem, které produkovaly elektřinu pomocí tepelných konverzních článků. S iontovým pohonem získali první praktické zkušenosti již v 60. letech min. stol. díky sondě Zond 2, která používala energii získanou pomocí solárních panelů k napájení iontového reaktivního pohonu.

Iontový pohon

Klasické chemické rakety fungují na principu spalování pevného či kapalného paliva, kdy vypouštěním spalin přes trysku vzniká tah unášející raketu požadovaným směrem. Jinou cestou je generování tahu vystřelováním urychlených iontů přes trysku, což je nazýváno iontovým pohonem.

Pohonný modul: šedá přední část ukrývá reaktor, následuje žluté stínění a za ním se nachází zařízení pro přeměnu energie

Sublimací pevného paliva jsou produkovány nabité částice (ionty), k čemuž dochází pomocí elektrického oblouku. Díky teplu, které se uvolňuje vlivem oblouku, přechází vznikající plyn na plazmu. Oblak iontů pak prochází mezi dvěma nabitými deskami, kde jsou silným elektromagnetickým polem urychlovány na vysokou rychlost a vystřelovány tryskou ven. Tím vzniká síla, která pohání loď.

Vesmírný jaderný reaktor

Z popisu je zřejmé, že tento pohon potřebuje výkonný zdroj elektrické energie, který umožní dosáhnout potřebnou rychlost a tím i zkrátit dobu letu. Navíc musí být velmi kompaktní a ne příliš těžký, aby bylo usnadněno jeho vynesení na oběžnou dráhu. Zde přichází k použití speciální vysokoteplotní jaderný reaktor.

Konstrukčně jde o reaktor chlazený směsí helia a xenonu, který bude z kvůli zmenšení rozměrů používat vysoce obohacené uranové palivo. Požadovaného výkonu a účinnosti bude dosaženo díky velmi vysokým provozním teplotám. Projektanti uvádí, že teploty chladiva v reaktoru se budou pohybovat v oblastech asi o 1000 °C vyšších než v případě klasické jaderné energetiky, která končí na cca 350 °C. Takto vysoká teplota nemá obdoby ani u vysokoteplotních reaktorů IV. generace, které jsou dlouhodobě vyvíjeny a mají mít teplotu chladiva do 1000 °C. Projekt vesmírného reaktoru je tedy velmi náročný z hlediska vývoje nových materiálů.

Řez vysokoteplotním reaktorem chlazeným směsí helia a xenonu

Práce na vývoji zahájili vědci z ústavu NIKIET v roce 2010 a o dva roky později měli hotovou koncepci. Nyní probíhá testování jaderného paliva, jehož výroba byla zahájena v roce 2014 v podniku Mašinostrojitělnyj zavod ze skupiny palivové společnosti TVEL. Tento podnik mimo jiné vyrábí také palivo pro reaktory typu VVER včetně dukovanských a temelínských bloků a palivo pro výzkumné reaktory. V roce 2015 úspěšně proběhly zkoušky reaktorové nádoby v ústavu NIKIET. Podle plánů mají být zkoušky reaktoru pro cestu k Marsu zahájeny v roce 2018. Vývoj pohonu by měl přijít zhruba na 20 miliard rublů.

Zdroj: Essential Communication

K téme