Jaderný pohon pro hluboké vesmírné lety na dosah

DomůTechnologieJaderný pohon pro hluboké vesmírné lety na dosah

Lety do hlubokého vesmíru jsou vizí mnoha inženýrů i společností. Hlavním problémem je však rychlost letu, která je limitována pohonným systémem a reakcí, kterou využívá. Jaderné raketové motory mohou zajistit vyšší cestovní rychlost a přiblížit tak éru vesmírných průzkumů.  

Jaderné technologie nemusí vždy sloužit pouze k výrobě elektřiny. Již v minulosti vznikaly koncepty vysokoteplotních reaktorů pro dodávky procesního tepla, malé reaktory provozované pro pohon lodí, ponorek, či reaktory chlazené roztavenými solemi využívané pro pohon letadel, či vesmírných lodí.

Historie jaderného pohonu v letectví a vesmíru

První koncepty jaderného leteckého pohonu byly vyvinuty ve Spojených státech v roce 1946. Jaderný pohon byl namontován na bombardér, který uletěl přes 24000 km bez nutnosti tankovat palivo.

Lehkovodní koncepce jaderných reaktorů, která na zemi vyrábí převážnou část jaderné energie, není vhodná pro potřeby leteckých motorů. V lehkovodních systémech je palivo využíváno neefektivně. Pouze malé množství paliva se při jeho provozu rozštěpí, navíc se v něm hromadí štěpné produkty, které absorbují další neutrony.

Z tohoto důvodu již vědec Weinberg navrhl využívání reaktoru s kapalným palivem rozpuštěným v matrici z roztavených solí. Weinberg spolu s dalšími vědci v národních laboratořích Oak Ridge vyrobili malý reaktor pracující s roztavenými solemi, pojmenovaný Aircraft Reactor Experiment (ARE).

Fotografie projektu Aircraft Reactor Experiment
Fotografie projektu Aircraft Reactor Experiment Zdroj: flickr.com

Jaderná technologie je uvažována také ve vesmírných aplikacích, ať už k výrobě elektřiny prostřednictvím termočlánků využívajících tepla z radioaktivního rozpadu, či komplikovanějších reaktorových systémů, ale i jako pohon vesmírných plavidel.

Koncept jaderného pohonu přitom není nový. V roce 1961 vznikla první vize raketového motoru poháněného štěpnou řetězovou reakcí, projekt byl pojmenován NERVA. Nyní, po téměř 60 letech jsou podobné vize znovu zrozeny. Problematice jaderných pohonů se věnuje také společnost Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC).

Nová koncepce vesmírného pohonu

USNC-Tech vyvinula návrh systému využitelného při letech do hlubokého vesmíru. Vývoj této technologie probíhá v rámci projektu výzkumu pohonných systémů využívajících jaderné technologie. Ten je financovaný Národním úřadem pro letectví a vesmír (NASA). Návrh využívá speciální variantu plně keramické kapsle paliva TRISO, vyvinuté pro využití v jaderných energetických reaktorech.

Návrh vesmírného jaderného pohonu společnosti USNC-Tech
Návrh vesmírného jaderného pohonu společnosti USNC-Tech Zdroj: USNC

Jaderná energie jako pohon pro vesmírné lety má oproti chemickým systémům mnoho výhod. Mezi hlavní patří vyšší efektivita a hustota výkonu, díky které jsou tyto systémy mnohem menší a lehčí. Výkonnější pohonný systém vede ke kratším cestám a nižší radiační expozici kosmonautů. Ti jsou během své cesty vystaveni kosmickému záření. Všechny výhody by mohly vyústit v mise na Mars s lidskou posádkou.

Společnost USNC-Tech informovala o pokroku v návrhu jaderného paliva a pasivní bezpečnosti díky využití plně keramického paliva ve formě mikrokapslí. Tento koncept  umožňuje vytvořit nový výkonný pohon pro vesmírné lety. Zvýšené bezpečnostní charakteristika paliva a flexibilní návrh je, jak sdělila společnost USNC-Tech, je „kritickým krokem kupředu v zajištění rozšíření systémů jaderného pohonu při misích do hlubokého vesmíru“.

Klíčem návrhu společnosti USNC-Tech je vědomá kombinace pozemních a vesmírných technologií jaderných reaktorů. Tato příležitost nám umožní využít pokrok v jaderných technologiích a infrastruktuře pozemních systémů při jejich nasazení v letech do hlubokého vesmíru,“ sdělil generální ředitel společnosti USNC-Tech, Paolo Venneri.

Palivová koncepce TRISO

Nové palivo je založeno na zkušenostech s palivem TRISO, které bylo použito již před 50 lety. Uran v palivu TRISO je zachycen v matrici z karbidu křemíku. Nové palivo je bezpečnější v porovnání s klasickým TRISO palivem.

Palivové částice TRISO Zdroj: hp.ujf.cas.cz

Nové palivo je koncipováno pro vyšší teploty a vyšší radiační poškození. Matrice založená na SiC, poskytuje plynotěsnou bariéru, bránící úniku plynných štěpných produktů. Kromě vyšší bezpečnosti a radiační stabilitě má palivo také vyšší tepelnou vodivost, která přispívá ke snížení střední teploty paliva.

Využití malého množství speciálního HALEU paliva vytváří z tohoto návrhu jaderného pohonu jedinečný koncept s vysokým tahem, který byl v minulosti dosažitelný pouze s vysoce obohaceným palivem. Výroba paliva HALEU navíc využívá existujících technologií a výrobních závodů pro paliva pozemních jaderných zařízení, čímž jsou omezena výrobní rizika.

Přejeme si vést úsilí v dobývání hranic vesmíru, chceme, aby šel vývoj rychle, ale bezpečně kupředu. Náš motor maximalizuje využití již zavedené technologie, přičemž eliminuje poruchy předchozích vesmírných pohonů založených na jaderné technologii. Specifický impulz pohonu je dvakrát větší, než v případě chemických motorů,“ sdělil Michael Eades, hlavní inženýr ve společnosti USNC-Tech.

Společnost USNC-Tech je nezávislou dceřinou společností USNC od roku 2019.

Zdroj úvodního obrázku: NASA