NASA hodlá pro let na Mars využít jaderný pohon

Americká národní agentura pro vesmír a kosmonautiku (NASA) je přesvědčena o tom, že tato jaderná technologie je „nejúčinnějším způsobem dosažení“ rudé planety. Tuto informaci sdělil ve svém prohlášení administrátor NASA a bývalý kosmonaut Charles Bolden tento týden v americkém kongresu.

„Jsme na cestě k Marsu a většina lidí věří, že v konečném důsledku je jaderný pohon tou nejlepší cestou, jak ho dosáhnout,“ řekl Bolden.

Jak funguje jaderný pohon pro vesmírnou loď?

Jaderné motory využívají ke své práci štěpení jader uranu, které probíhá řízeně v reaktoru. Myšlenka je ve skrze jednoduchá. Jaderný reaktor bude využíván podobně, jako je dnes využíván pro výrobu elektrické energie. Teplo ze štěpných reakcí však namísto ohřevu vody a její transformace na páru bude předáváno hnacímu plynu, který přes ústí trysek vytvoří tah pro pohon lodi.

Ve svém projevu se ale bohužel Bolden nezmínil o tom, jak dlouho s tímto pohonem samotná cesta na Mars potrvá. NASA sází na jaderný pohon, protože spolu s komponenty váží přibližně polovinu hmotnosti chemické rakety o stejném tahu. To znamená, že raketoplán může mít mnohem nižší celkovou hmotnost a díky tomu se pohybovat rychleji. Na rozdíl od současné technologie předem definované trajektorie pohybu umožňuje jaderný pohon mnohem širší možnosti manévrování po celou dobu letu.

Oznámení NASA přišlo po zprávě vydané počátkem minulého týdne ze strany Ruska, které uvedlo, že do roku 2018 plánuje testovat jaderné reaktory za účelem dobývání vesmíru. Rusové dokonce tvrdí, že takový jaderný pohon by astronautům pomohl dosáhnout Marsu v pouhých šesti týdnech. To by byl v porovnání se současnými chemickými motory, které pro dosažení Marsu potřebují šestnáct měsíců, skutečně velký skok. Rusko by tak mohlo být prvním národem, který stane na rudé planetě. Projekt za 274 miliónů dolarů, na který od počátku dohlíží agentura RosCosmos, byl v roce 2010 převeden pod jaderný gigant Rosatom.

„Jaderná pohonná jednotka umožňuje dosažení Marsu za dobu jednoho až jednoho a půl měsíce a poskytuje citelné zrychlení a rozšíření možností řízení lodi,“

Sergej Kirijenko, šéf agentury Rosatom.

Dnešní raketové pohony mohou dosáhnout povrchu Marsu za přibližně rok a půl, bez možnosti návratu.

Rusko dosud ve vesmíru použilo přes 30 jaderných reaktorů, převážně pro pohon družic. Naproti tomu USA do dnešní doby vyslala do vesmíru pouze jediný experimentální reaktor SNAP – 10A (Systém pomocného jaderného napájení z roku 1965).

Inženýři z NASA navrhli plány na využití jaderného tepelného pohonu pro misi na Mars v roce 2033. Podle návrhu kosmické agentury by palivem reaktoru byl izotop uranu U235, známý z běžných energetických reaktorů. Tepelná energie produkovaná štěpením by ohřívala tekutý vodík uvnitř reaktoru, čímž by docházelo k jeho přeměně na ionizovaný plyn nebo plazma. Toto plazma by bylo následně vedeno do trysek rakety a v nich vytvářelo potřebný tah.

Doktor Stanely Borowsky, vědec z Výzkumného centra Johna Glenna pod NASA, minulý rok v oficiálním dokumentu NASA nastínil, jak by nový pohon mohl být využíván pro raketoplány určené k vesmírným cestám.

Řekl, že kosmická loď nazvaná Copernicus, by se skládala ze samostatného nákladového prostoru a prostoru pro posádku. Každá část by disponovala vlastním jaderným pohonným stupněm. Každý stupeň by měl být vybaven třemi motory, přičemž každý by vyvinul tah 25 000 liber (≈11,34 tun).

Borowski odhaduje, že tyto raketoplány mohou urazit vzdálenost 40 miliónů mil na Mars během 100 dní. Vesmírnému plavidlu od Mars Science Laboratory, nesoucí vozítko Curiosity Rover vyrobené v NASA, by s tímto jaderným pohonem cesta na rudou planetu zabrala 253 dní.

Jak tvrdí Dr. Borowski ve své zprávě: „Předložená analýza ukazuje, že je díky novým technologiím možné zkrátit trvání vesmírných cest až o 50 %.“

NASA začala jako první zkoumat jaderné tepelné pohony pro využití ve vesmíru v rámci svého programu Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application (NERVA) a to již v roce 1959. Nicméně projekt, který byl výsledkem spolupráce agentury NASA a Americké komise pro atomovou energii, byl roku 1973 oficiálně ukončen, stejně jako program vesmírných misí Apollo. Během této doby vytvořili vědci několik prototypů, ze kterých byl nejpokročilejší pohon Pewee. Žádný z těchto prototypů nebyl nikdy použit pro let.

Návrhy pro rakety poháněné jaderným zdrojem byly také diskutovány na loňské prezentaci doktora Michaela Houtse, manažera jaderného výzkumu z Marshallova centra vesmírných letů při NASA. Houts ve své přednášce popsal jaderný pohon jako „Technologii, která zásadně mění pravidla hry v objevování vesmíru.“ Zároveň dodal, že věří, že se jeho týmu v následujících třech letech podaří dokázat životaschopnost a dostupnost této technologie. Dr. Houts tvrdí, že: „Jaderný tepelný pohon je novou zásadní technologií – energie se již nezískává z chemických reakcí, ale štěpením.“

„Pokročilé jaderné pohonné systémy mohou dosahovat extrémně vysokých výkonů a poskytovat nové možnosti.“

Dr. Michael Houts

Jaderná historie NASA

NASA používá jaderné materiály pro vesmírný výzkum již několik desetiletí. V roce 1960 program vývoje napájení pro družice s názvem Transit, poprvé použil plutoniové baterie. Princip spočíval v zabalení plutoniového zdroje do termoelektrika (materiálu fungujícím na principu Seebeckova jevu) a teplo produkované jaderným rozpadem bylo zdrojem elektrické energie. NASA také použila plutoniové baterie ve své neúspěšné družici Nimbus B1, která po startu explodovala.

Další sondy využívající nukleární baterie:

• Družice Pioneer (1972, 1973) – používaly 155wattové jaderné baterie pro zajištění stálého napájení na okraji Sluneční soustavy.
• Viking landers (1976) – družice, která poprvé přistála na Marsu. Plutoniový zdroj dodával energii pro naplánované experimenty.
• Sondy Voyager – první lidstvem uměle vytvořený objekt, který překonal hranice Sluneční soustavy. Disponovaly třemi bateriemi s izotopem uranu U238. Díky nim sondy dokázaly udržet komunikaci se Zemí až 36 let.
• Sonda Ulysses – let okolo Jupitera.
• Galileo – zkoumání jupiterových měsíců. Byla vybavena dvěma jadernými bateriemi s výkonem 570 wattů.
• Saturnova družice Cassini – nesla dosud největší jadernou baterii v celé historii vesmírných expedic. Hmotnost této baterie činila téměř 33 kg.