Jaderná energetika ve vesmíru je zájmem MAAE i spojených národů

Jaderná energie může letům do hlubokého vesmíru nabídnout více, než je zřejmé. Její využití zasahuje do výroby elektřiny i pohonných systémů. Spojené národy řeší otázku bezpečnosti orbitu při využívání štěpných systémů ve vesmíru.

Jaderné reakce jsou využívány ve vesmíru již po desetiletí. Většina těchto systémů je založena na radioizotopových generátorech, které z tepla produkovaného rozpadem radioaktivního prvku vyrábí elektřinu. Jedná se o poměrně malá, lehká a jednoduchá zařízení v porovnání se štěpnými systémy. Jejich nevýhodou je poměrně nízké množství produkované elektřiny. Na druhou stranu neobsahují tato zařízení žádné pohyblivé prvky, a tak je tento zdroj elektřiny velice spolehlivý. Za celkem 300 kombinovaných provozních let nedošlo k selhání ani jednoho takového zdroje elektřiny.

„Jaderná technologie hraje dlouhodobě zásadní roli v předních vesmírných misích. Budoucí mise by mohly spoléhat na jaderné energetické systémy v mnohem širším měřítku aplikací. Naše cesta ke hvězdám prochází jádrem,“ sdělil Mikhail Chudakov, náměstek ředitele MAAE, na virtuální konferenci  Atoms for Space: Nuclear Systems for Space Exploration.

Vizualizace tranzitního modulu na Mars a jeho pohonného systému Zdroj: NASA

„Budoucí meziplanetární mise s lidskou posádkou budou také vyžadovat pohonné systémy, které svým výkonem dalece přesáhnou stávající řešení. To je založeno na chemických reakcích,“ sdělil William Emrich, bývalý vedoucí projektový inženýr v NASA.

Pro vesmírné mise, které vyžadují velké množství elektřiny, mohou být štěpné systémy velice zajímavou volbou. Obecně se do těchto misí řadí jakékoliv vesmírné lety s lidskou posádkou.

Jaké možnosti nabízí jaderná energie?

Jednou z možností využití jádra ve vesmíru je nuclear thermal propulsion (NTP). Tato technologie využívá štěpné řetězové reakce k ohřevu kapalného paliva, kterým je například vodík. Ten je přeměněn na plyn, který expanduje přes trysku a poskytuje tah vesmírnému plavidlu. Tato varianta může zkrátit potřebnou dobu letu k Marsu až o 25 %.

Jinou možností jaderného pohonu je nuclear electric propulsion (NEP), kde je tepelná energie přeměněna na energii elektrickou. Tah, který by mohl být vyvinutý touto metodou, je v porovnání s NTP menší, ale stabilní a s mnohem větším využitím a efektivitou paliva. Při využití NEP technologie může být doba potřebná pro let na Mars zkrácena až o 60 % v porovnání s chemickým pohonem.

Výzkumné práce se zaměřují také na budoucí využití fúzních reakcí, které nabízí ještě vyšší teploty a energie v porovnání se štěpnými systémy. Jedním z hlavních směrů výzkumu je pak využití přímé konverze energie nabitých částic produkovaných při reakci v pohonném systému. Tento systém se nazývá direct fussion drive (DFD) a byl vyvinut Stephanií Thomasovou, viceprezidentkou Princeton Satellite Systems. Výkon vyvinutý systémem DFD je o několik řádů vyšší, než u jiných systémů a mohl by tak umožnit i průzkumy hlubokého vesmíru v přijatelných časových intervalech.

Kromě poskytnutí potřebného tahu vesmírného plavidla, je potřeba také elektřina pro provoz důležitých systémů. Jaderné reaktory mohou vyrábět elektřinu i při průzkumech hlubokého vesmíru, kde není možné využívat solární panely. Jaderná energie tak může vyrábět elektřinu i na jiných planetách.

„Primárně se NASA zaměřuje na návrh, výstavbu a demonstraci víceúčelového štěpného systému založeného na nízkoobohaceném palivu. Nový štěpný systém by měl být primárně určen pro aplikaci na měsíci a Marsu. Navržený reaktor by měl mít proměnný výkon s maximální hodnotou 100 kWe. Zároveň by měl dodávat takový výkon, aby jej bylo možné využít pro pohonný systém NEP,“ sdělil manažer pro vývoj technologií v NASA.

Spojené národy řeší bezpečnostní otázky využití jaderných reaktorů ve vesmíru

Vzhledem ke vzrůstajícímu zájmu o vesmírný prostor jistě dojde také k většímu využití jaderných systémů, a tak je třeba řešit také otázky bezpečnosti. Spojené národy navrhují vytvořit mezinárodní fórum pro shromažďování a výměnu informací o plánech a projektech vývoje a využití vesmírných jaderných zdrojů. Do fóra by měly být zapojeny také komerční subjekty.

Jedním z problémů, který byl řešen na konferenci, a který byl následně publikován v článku z konference, je využití jaderných zařízení ryze k mírovým účelům. Podle publikace je odpovědností Spojených států zajistit, aby využívání jaderných zdrojů ve vesmíru bylo striktně mírové. Není tak například možné umisťovat na orbitu země jakýkoliv objekt nesoucí jadernou zbraň.