Začnou se ve vesmíru konečně využívat jaderné reaktory?

Od září 2017 do března 2018 proběhly intenzivní testy nového reaktoru pro vesmír Kilopower. Závěrečná série byla věnována provozním testům v letových podmínkách ve vakuové komoře. Vzhledem k obnovenému zájmu o Měsíc a Mars by se tentokrát mohly reaktory opravdu začít ve vesmíru využívat. Podívejme se na současnou situaci i reaktor podrobněji. V posledních letech se obnovil zájem o návrat člověka na Měsíc a lety na Mars. Znovu se uvažuje o letech automatů k velkým planetám a do vnějších oblastí Sluneční soustavy, případně až za její hranici. O letech k Marsu neuvažují jen státní instituce, ale také soukromníci. Energetické potřeby takových projektů v tomto případě nelze zajistit bez využití jaderných zdrojů založených buď na radionuklidových generátorech, nebo štěpných reaktorech. Podrobně jsou možnosti popsány v článku o jaderných zdrojích pro vesmírnou kolonizaci a v dřívějším článku o jaderných zdrojích.

Současný stav u radionuklidových zdrojů pro vesmír
Ve zmíněném pozdějším článku je také rozebráno, že v současné době je situace s těmito technologiemi velice špatná. Potenciální aspiranti na let k Marsu nebo budování základny na Měsíci nemají možnost tyto zdroje pro zmiňované projekty zajistit. Vesmírné radionuklidové zdroje byly dominantně založeny na využívání plutonia 238. Takové zásobovaly lunární americké mise Apollo, sondy, které studovaly Jupiter, Saturn, Neptun i Pluto, a pohánějí i marsovské vozítko Curiosity. Ovšem Spojené státy ztratily schopnost produkovat plutonium 238. K jeho výrobě z neptunia 237 ozařováním intenzivním tokem neutronů jsou potřeba speciální reaktory. Ty pracovaly v zařízení Savannah River, ale v roce 1988 se produkce plutonia 238 zastavila. Později sice menší množství tohoto radionuklidu koupila NASA z Ruska, přesto má v současné době pouze zhruba 35 kg a to ještě je 18 kg ve špatné kvalitě s nutností vyčištění. Ani ve světě není tento radionuklid v množství větším než několik kilogramů.

Je třeba připomenout, že původní zdroje GPHS-RTG, které byly například na sondách Voyager, Galileo, Cassini nebo New Horizons potřebovaly zhruba 11 kg plutonia 238 a dokázaly produkovat zhruba 240 We elektrického výkonu. A sonda Cassini měla takové zdroje tři. Pokud by se vyčistily všechny současné zásoby, stačilo by to na jednu misi Cassini. Nové zdroje MMRTG, jejichž elektrický výkon je 100 We potřebují 4,8 kg plutonia 238. Takový zdroj využívá vozítko Curiosity. V současnosti je jeden takový připraven pro nové vozítko (Mars rover 2020) pro Mars.

Radionuklidové zdroje GPHS-RTG, které se používaly pro lety do vnějších oblastí Sluneční soustavy

Radionuklidové zdroje GPHS-RTG, které se používaly pro lety do vnějších oblastí Sluneční soustavy
Zdroj: NASA

V posledních letech se objevily snahy znovu obnovit výrobu plutonia 238 s využitím existujících výzkumných reaktorů HFIR a ATR, ovšem roční produkce bude v nejlepším případě 1,5 kg. Což zlepší situaci jen minimálně. Další možností je vývoj úplně nového radionuklidového zdroje, který by využíval americium 241. To má delší poločas rozpadu a tím i menší aktivitu zdroje. Paliva tak bude třeba mít více. Podstatnější problém však je daleko vyšší intenzita emise záření gama, což klade vyšší nároky na stínění. Obrovskou výhodou je naopak to, že je součástí vyhořelého paliva z klasických jaderných reaktorů. Z něho je lze získávat. V jejich vývoji se angažuje Evropa, hlavně Velká Británie, která má závody pro přepracování vyhořelého paliva. Podrobně je problematika okolo paliva pro radionuklidové zdroje popsána zde a zde.

Štěpné reaktory pro vesmír
To je jedním z důvodů, proč se v posledních letech obrátila NASA spolu s laboratoří Los Alamos opět k vývoji jaderných reaktorů. Výhodou štěpných reaktorů oproti radionuklidovým zdrojům je i větší výkon, který mohou poskytnout. Z oblasti stovek wattů se tak lze posunout k jednotkám až desítkám killowatt i výše. Na vesmírné reaktory pro kosmické aplikace jsou kladeny velmi specifické požadavky. Musí být co nejkompaktnější a nejlehčí. Proto mají velmi vysoké obohacení uranem 235, které dosahuje a překračuje 90 %. I to je důvod, proč pracují při velmi vysokých teplotách. Ty zároveň zvyšují efektivitu konverze tepelné energie na elektrickou. Velmi důležité jsou také nároky na bezpečnost a spolehlivost, většinou nelze spoléhat na možnost opravy či zásahu člověka. Je tak třeba co nejvíce uplatňovat pasivní bezpečnostní prvky. Také je třeba, aby reaktor fungoval co nejdéle bez výměny paliva.

Američané vyvinuli jaderný reaktor pro vesmír v šedesátých letech a jeden jeho kus do vesmíru poslali. Daleko intenzivnější byl v této oblasti vývoj v bývalém Sovětském stavu. Zde se využívaly reaktory pro napájení radaru na vojenských družicích RORSAT, které sledovaly americké vojenské ponorky.

Ruský vesmírný reaktor TOPAZ

Ruský vesmírný reaktor TOPAZ
Zdroj: http://oenergetice.cz/

Nejmodernějším modelem vesmírného reaktoru byl TOPAZ, vyvinutý hlavně v sedmdesátých letech, který využíval termionickou přeměnu tepla na elektřinu. Na oběžnou dráhu se dostal v roce 1987. Jednalo se o reaktor chlazený tekutým kovem (slitinou sodíku a draslíku), takže jeho pracovní teplota mohla být 610 °C. Maximální teplota uvnitř aktivní zóny však mohla dosahovat až téměř 1900 °C. Tento velice dobrý reaktor měl také vysoké obohacení o hodnotě 90 %. Uran o hmotnosti 12 kg byl ve formě oxidu uraničitého. Reaktor byl klasický tepelný s moderovanými neutrony, moderátor byl hydrid zirkonu. Celková hmotnost reaktoru byla 320 kg a tepelný výkon 150 kW. Využíval beryliový reflektor, který odrážel neutrony zpět do aktivní zóny. V něm byly umístěny rotující válce částečně z beryllia odrážejícího neutrony a materiálu, který neutrony pohlcují. Ty zajišťovaly bezpečné ovládání i zapnutí a vypnutí reaktoru. V tomto případě se používala termionická přeměna tepelné energie na elektrickou s účinností až okolo 5 %, elektrický výkon byl 5 – 10 kWe a plánovaná provozní doba 12 měsíců.

Vylepšená varianta reaktoru označená jako TOPAZ II se už do vesmíru nedostala. Ta má hmotnost paliva 27 kg a obohacení až 96 %, celková hmotnost reaktoru je něco přes 1000 kg. Aktivní zóna má výšku 920 mm a průměr 408 mm. Tepelný výkon je 135 kWt a elektrický pak okolo 6 kWe. Větší velikost aktivní zóny vedla k prodloužení aktivní délky činnosti reaktoru na 3 roky.

Odkoupila jej také organizace NASA, aby zrychlila vývoj svých nových reaktorů a jeho další testy i vývoj probíhaly v mezinárodní spolupráci. Ta však byla v roce 1993 z finančních důvodů zakončena. Dominantním důvodem však bylo, že ve výhledu nebyly žádné reálné projekty na Měsíci a Marsu, které by tyto projekty vyžadovaly.

Na začátku tohoto století se opět rozběhly ve spolupráci NASA, DoE a laboratoře Los Alamos projekt vývoje nových vesmírných reaktorů. Byla snaha co nejvíce vycházet z předchozích zkušeností a reaktoru TOPAZ. Z podobných důvodů, jako v předchozích případech, však byl projekt opět ukončen, aniž by se dostal do stádia intenzivnějších testů.

Prototyp reaktoru Kilopower při testech

Prototyp reaktoru Kilopower při testech
Zdroj: NASA

Projekt Kilopower
V roce 2014 začal vývoj reaktoru s označením Kilopower. Cílem bylo do tří let připravit prototyp zdroje, který by dodával elektrický výkon 1 až 10 kWe po dobu nejméně deseti let. Projekt navázal na testy systému DUFF (Demonstration Using Flattop Fission), které provedl stejný tým v roce 2012. Šlo o první reálné testování vesmírného reaktoru v USA od šedesátých let minulého století. Teplo z reaktoru pohánělo dvojici Stirlingových motorů. Celkově systém dokázal produkovat elektrický výkon 25 We. Úkolem experimentu bylo testovat principy produkce tepla a jeho převodu na elektřinu pro jednoduchý systém určený k vesmírným aplikacím, který by využíval jaderný reaktor a Stirlingovy motory.

Reaktor využívá vysoce obohacený uran v kovové podobě ve slitině s molybdenem a beryliový reflektor. Má jednu kontrolní tyč s příměsí bóru absorbujícího neutrony. Jeho celková hmotnost je srovnatelná s reaktorem TOPAZ II. Teplo se z reaktoru odvádí pomocí teplovodných trubic vyplněných tekutým sodíkem. Ty odevzdávají teplo Stirlingovým motorům. Odpadní teplo se vyzařuje pomocí radiátoru z uhlíkových kompozitů. Plánují se různé konfigurace rozdílné velikosti i výkonu. Největší s výkonem 10 kW by měla mít hmotnost 1800 kg. Tedy měrný výkon zhruba 5,5 W/kg.

Testy přenosu tepla pomocí pasivního systému teplovodných trubek vyplněných tekutým sodíkem s teplotou přes 800˚C.

Testy přenosu tepla pomocí pasivního systému teplovodných trubek vyplněných tekutým sodíkem s teplotou přes 800˚C. Zdroj: M A. Gibson et al, Report NASA

Podle plánu se nejdříve provedly zkoušky jednotlivých komponent reaktoru a pak i jeho celku bez paliva. Pracovní teplota systému je u tohoto kroku 800 ˚C. Bylo tak třeba vyzkoušet termomechanické vlastnosti konstrukce a paliva za těchto teplot i celý průběh odvodu tepla z aktivní zóny ke Stirlingovým motorům pomocí pasivního systému teplovodných trubek s tekutým sodíkem. To se podařilo v roce 2015.

V následujícím roce se testoval hlavně převod tepelné energie na elektrickou pomocí Stirlingových motorů. S těmi už má NASA zkušenosti, i když pouze na Zemi. Vyvíjely se pro radionuklidové zdroje. Pro Kilopower se vypracovalo několik variant, ale základním konceptem bylo využití osmice Stirlingových konvertorů, z nichž každý by poskytoval 125 We výkonu. Celkově by tak zdroj měl 1 kWe. Reálné zkoušky se však z finančních důvodů prováděly se Stirlingovými  konvertory o výkonu 70 We, které byly vyrobeny pro pokročilé radionuklidové zdroje ASRG (Advanced Stirling Radioisotope Generator). Ty byly pouze dva, takže se sloty pro šest zbývajících při zkouškách osadily maketami.

Schéma prototypu reaktoru Kilopower při experimentu KRUSTY. Žlutě je označen beryliový reflektor neutronů, kterým lze ovládat výkon reaktoru. Vlevo je mimo aktivní zónu při vypnutí reaktoru, vpravo pak zasunut okolo aktivní zóny a při testech jeho plného výkonu s využitím kontrolní tyče k regulaci

Schéma prototypu reaktoru Kilopower při experimentu KRUSTY. Žlutě je označen beryliový reflektor neutronů, kterým lze ovládat výkon reaktoru. Vlevo je mimo aktivní zónu při vypnutí reaktoru, vpravo pak zasunut okolo aktivní zóny a při testech jeho plného výkonu s využitím kontrolní tyče k regulaci
Zdroj: M A. Gibson et al, Report NASA

Reaktor využívá vysoce obohacený uran. Je tak důležité, aby bylo možné naplnit aktivní zónu palivem až těsně před startem a v dobře kontrolovaných podmínkách. Podařilo se vyprojektovat takový systém, který umožňoval zaplnění aktivní zóny již za 12 hodin. S dalšími instalacemi a testy celé sestavy pak předstartovní příprava reaktoru nepřekročí čtyři pracovní dny.

Než se přikročilo ke zkouškám s obohaceným uranem, testovalo se chování sestavy s uranem ochuzeným. Štěpný tepelný zdroj nahradil v tomto případě elektrický ohřev. Taková sestava umožnila vyzkoušet termomechanických vlastností celé konfigurace, průběh zaplňování aktivní zóny palivem i další manipulace s reaktorem.

V roce 2017 se vývoj nového reaktoru dostal do fáze, kdy se mohlo přikročit k testování prototypové jednotky i s obohaceným uranem v rámci experimentu KRUSTY (Kilopower Reactor Using Stirling TechnologY). Součástí bylo několik kritických experimentů s aktivní zónou, které testovaly její neutroniku, reaktivitu a průběh štěpné řetězové reakce v různých podmínkách. Začínalo se při nulovém výkonu, postupně se přešlo k režimům při nízkém výkonu, který se zvyšoval, až se přešlo k testům horkým.

Schéma reaktoru Kilopower

Schéma reaktoru Kilopower
Zdroj Los Alamos
Překlad: Vladimír Wagner

Plán zkoušek byl navržen od listopadu 2017 do konce března 2018. Jeho vrcholem pak byl 28 hodin trvající běh reaktoru při plném výkonu a pracovní teplotě 800 ˚C. Ten se uskutečnil právě na konci března. Při experimentech se využila i vakuová komora, aby se navodily podmínky vesmírného letu. Průběžně se také testovalo chování reaktoru při různých provozních i havarijních situacích. Například při ztrátě funkce některé teplovodné trubky nebo Stirlingova motoru, či dokonce při úplné ztrátě chlazení. V tomto případě vede zvýšení teploty k vyšším radiačním tepelným ztrátám, tepelné záření tak stačí vznikající teplo odvést do vakua. Soubor testů byl ukončen koncem března právě zmíněným více než jednodenním provozem při plném výkonu.

Reaktor kilopower se připravuje k testům

Reaktor kilopower se připravuje k testům
Zdroj: NASA

Závěr
Úspěšný experiment KRUSTY je zásadním krokem k cestě k letovému exempláři vesmírného jaderného reaktoru. Tentokrát je velká šance, že se tato cesta dokončí a reaktor Kilopower se do vesmíru dostane. Byl by to zásadní průlom, který by vědcům umožnil začít pracovat na projektech sond do vzdálených oblastí Sluneční soustavy. Například misi k průzkumu Saturnu a jeho měsíce Titanu, k družici okolo Charonu a k sondě, která by zakotvila na oběžné dráze okolo tělesa v Kuiperově pásu. V tomto případě by nenapájel reaktor pouze přístroje sondy, ale také iontové motory. Bez jaderných zdrojů jsou tyto mise nemyslitelné. Nutné jsou také pro automatické i obydlené základny na Měsíci, hlavně v kráterech na jeho pólech. Tam se sluneční svit téměř nedostane. Využití vesmírné stanice, kterou plánuje NASA budovat, by bez nich bylo velmi omezené. Klíčové jsou zdroje energie i pro cesty a pobyt na Marsu. Bez jaderných zdrojů jsou zde jen velmi omezené možnosti a lidská základna není bez nich myslitelná.

Kilopower by mohl problém se zásobováním energií v těchto případech vyřešit. Jeho modifikace by spolehlivě fungovaly v různých prostředích a modulárně by se mohly sestavovat větší celky, které by zajistily výkony od jednotek až po desítky kilowatt. Základní podmínkou však je, aby tyto výkony byly ve vesmíru potřeba. Současná aktivita v oblasti přípravy misí k Měsíci a Marsu u soukromníků i státních organizací však vzbuzuje optimismus. Je tak velmi pravděpodobné, že se s touto technologií budeme setkávat na Měsíci, Marsu i dále již během několika let.

Čtyři reaktory Kilopower na marsovské stanici v představách malíře

Čtyři reaktory Kilopower na marsovské stanici v představách malíře
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Psáno pro Kosmonautix a Osel.cz

Doporučená četba:
Marc A. Gibson, Steven R. Oleson, David I. Poston, Patrick McCure NASA’s Kilopower Reactor Development and the Path to Higher Power Missions, NASA Report

Zdroje obrázků:
https://novac.jutarnji.hr/…/7313460/alternates/LANDSCAPE_780/marskilopower
https://img.4plebs.org/boards/pol/image/1456/11/1456119883873.jpg
http://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2018/05/3rusky-vesmirny-reaktor-topaz.jpeg
https://www.leu.com.ua/…/img_5aec51dcab751.png.pagespeed.ce.AC0zdSWK93.png
http://oenergetice.cz/…/2018/05/6schema-prototypu-reaktoru-kilopower-473×512.jpeg
http://n.sinaimg.cn/sinacn00/759/w1000h559/20180507/ac1c-hacuuvu1590561.jpg
https://s.hdnux.com/photos/70/72/64/14921008/3/rawImage.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/stmd_grc-2017-c-06805.jpg

Začnou se ve vesmíru konečně využívat jaderné reaktory?, 5.0 out of 5 based on 28 ratings
Pin It
(Visited 4 018 times, 12 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (28 votes cast)
(Visited 4 018 times, 12 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


34 komentářů ke článku “Začnou se ve vesmíru konečně využívat jaderné reaktory?”

  1. Štěpán Krňanský napsal:

    Díky moc autorovi za zajímavý článek…

    Chtělo to občas trochu googlení, ale aspoň jsem zapojil taky jednou mozek 🙂 Jen víc takových článků…

  2. Vojta Nesi napsal:

    Trochu se obávám reakce veřejnosti na přítomnost takové věci ve vesmíu. Pamatuju si články o potestech poti plutoniu na palubě New Horizons, nebo i Cassini. Veřejnost vnimá cokoliv se slovy „jadené“, nebo „nukleární“ velmi špatně, zvlášť když když to bude ve vesmíru. Osobně doufám že pojekt nic nezastaví a společně s ním uvidíme i jaderné raketové motory.

    Jinak moc pěkný článek na téma, které mě hodně zajímá.

    • Vojta Nesi napsal:

      PS. Klávesnice mi „Rko“ občas nebere :/

    • Alois napsal:

      Ta “ veřejnost“ byla a je specifická skupinka lidí, kteří protestují proti čemukoli, o tom, že by protestovali proti sovětským Topazům, které na rozdíl od amerických zařízení končily zcela jistě v zemské atmosféře, jsem nikde nečetl.

      • Kenny007 napsal:

        Máte pravdu, vím to i ze své praxe. V našem oboru se už dávno muselo přestat uvádět Nukleární magnetická rezonace 😀 Teď je to prostě Magnetická rezonace aby nám pacienti v panice neprchali 😛 .

        • Jirka Hadač napsal:

          Připomíná mi to jednu přednášku v Českém rozhlase, pořadu Víkendová univerzita o CERNu, autor, který tam pracuje uváděl, že se jmenuje Evropská organizace pro jaderný výzkum, ale kvůli přesně tomu, co je zmiňováno výše se snaží dlouhodobě používat název Evropská laboratoř pro fyziku částic. 🙂 inu, je to tak.

        • Tovy napsal:

          Bohužel tyto skupiny jsou taky nejuřvanější a často si prosadí svou. A nejen v energetice.

      • jregent napsal:

        Doufejme že hysterie nezastaví tento velmi potřebný směr rozvoje kosmonautiky.
        Díky za článek

      • Vít Výmola napsal:

        Bohoužel, ta „specifická skupinka lidí“ je dostatčně uřvaná na to, aby ji bylo slyšet bez ohledu na její malost.

  3. pbpitko napsal:

    Chaos v popisoch výkonov, napr. ihneď na začiatku :

    „připravit prototyp zdroje, který by dodával elektrický výkon 1 až 10 kWe …
    Celkově systém dokázal produkovat elektrický výkon 25 We .

    Podobne aj Ďalej.
    pb 🙁

    • Fantasta napsal:

      Zkuste přečíst článek ještě jednou a hezky pomalu. Nic ve zlým… 🙂

    • Těch 25 We je u experimentu DUFF. To byl čistě test některých prvků, které se uplatní v budoucím systému. Čili nešlo o připravovaný reaktor a výkon byl minimální.
      Pochopitelně, že na stávající etapě není situace s výkony budoucích reaktorů úplně jasná a realita může být poměrně různorodá. To, co se plánuje, jsou různé varianty mezi zhruba 1 až 10 kWe. Ty by se pak daly v principu sestavovat i do větších „elektráren“.

  4. Alois napsal:

    Překvapila mne maličká životnost Topazu – 3 roky , doufám, že nelétají.

    • pbpitko napsal:

      Pozri si :
      https://en.wikipedia.org/wiki/Kosmos_954
      Štart 1977, zánik 1978 v atmosfére nad západnou Kanadou, CCCP sa zaručil že trosky zhoreli v atmosfére, neskôr sa však našli na zemi v Kanade.
      pb 🙁

    • Racek napsal:

      Schválně, jak často se mění palivo v jaderných elektrárnách? Ta životnost Topasu je totiž velmi dobrý výsledek. Zatím nic lepšího v tomto oboru se nevymyslelo. Kilopower se totiž liší od Topasu hlavně principem přeměny vyráběného tepla v elektřinu (tepelné články versus Stirlingův motor). Životnost paliva reaktoru se asi moc lišit nebude. Takže zůstává problém jak doplňovat palivo při dlouhodobých misích. V tomto jsou plutoniové články bohužel dosud nepřekonané.

      • tyčka napsal:

        V jaderné ponorce a snad i ledoborci se palivo nemění. Po celou dobu je tam stále stejné palivo.

      • 3,14ranha napsal:

        U zavedených plavidel je normální interval výměny paliva 20 let a jsou pokusy natáhnout to na jednu „vsázku“ za celou životnost plavidla = na reaktorové jádro by se sahalo jen v loděnici a pak až na šroťáku.

        Vtip je mimo jiné v míře obohacení paliva – v elektrárnách jsou to jednotky procent, u lodí desítky procent.

        • 3,14ranha napsal:

          PS: zapoměl jsem napsat důvod rozdílu:

          elektrárny jsou zaměřené na ekonomiku – více obohacené palivo je dražší – musíte ho násobně déle honit centrifugami, než se zvedne procento žádaného štěpného izotopu ve směsi

  5. Hawk napsal:

    Jako soucast energetickeho mixu pro budouci mise bezva, ale nez to bude prakticky potreba(zejm. odlehla obydlena zakladna , sonda do vzdalenych koncin vesmiru) bude technologie zase jinde(ukladani, prenos energie, fuze). Jestli se do roku 2030 podari zprovoznit DSG bude to velky uspech, stejne tak repete pristani na Lune do roku 2040 a pak mozna lunarni zakladna nekdy do roku 2050, coz by byl spise zazrak, a nepredpokladam ze bude hned na odlehlem miste, a na Mesici bez atmosfery je FV panel jasny favorit, neni tam hned duvod delat tanecky kolem uranu, ktery zvysuje rizikovy faktor a v pripade zakladny znamena dodatecne naklady(vyhorele palivo) . V dobe pristani na Marsu uz nemusi byt problem prenos energie z martanske orbitalni FV elektrarny nebo fuze.

    • Máte i nemáte pravdu. Vždy jsem zdůrazňoval, že pokrok v jaderných zdrojích pro vesmír je dán tím, jestli má lidstvo ambice na průzkum vzdálených oblastí Sluneční soustavy a intenzivnější průzkum a pobyt na tělesech Sluneční soustavy. Pokud dostatečné ambice v této oblasti nemá, tak není potřeba těchto zdrojů. Teď postupně:
      1) Už nyní to, že není letový exemplář radionuklidového zdroje (zbývá už jen pár) nebo reaktoru, funguje tak, že projekty sond do vzdálenějších oblastí Sluneční soustavy jsou vyřazovány u výběrů projektů k realizaci (i když je i o hodně vzdálenou budoucnost) s tím, že nelze říct, jestli bude včas připraven energetický zdroj.
      2) Na Měsíci se bez jaderného zdroje neobejdete ani v případě, že to nebude u pólů. Kromě doby, kdy máte dostatek slunečního svitu, musíte totiž překlenout i dlouhá období, kdy je slunce pod obzorem. Pro krátkou misi stačí vybrat vhodnou dobu, ale pro dlouhodobou (třeba automatickou) základnu, s tím musíte počítat. To byl důvod, proč i mise Apollo vezly na Měsíc jaderné zdroje. Ostatně i ruské a čínské lunochody měly radioizotopové zdroje pro ohřívání, aby dokázaly udržet teplotu v rozumném rozmezí.
      3) Bez jaderných zdrojů se neobejdou ani automaty, které dlouhodobě pracují na povrchu Marsu. První malá vozítka sice měla pro produkci elektřiny i pohon fotovoltaické panely, ale období s omezeným nebo úplně bez slunečního svitu přežila jen díky tomu, že se uložila do klidu a měla radionuklidové zdroje pro udržení tepelné pohody. Curiosity už je plně závislá na energii z radionuklidového zdroje. Jak na Marsu, tak na Měsíci, musí být před přistáním člověka připravena půda dlouhodobě pracujícími automaty. Ty se bez jaderných zdrojů neobejdou.
      4) Fúzní zdroje (pokud nenastane dramatický zlom) budou hodně velké a těžké (viz ITER). Stejně tak konstrukce sluneční elektrárny na orbitě Marsu a přijímací stanice na jeho povrchu, které by zajistily energetické potřeby tímto způsobem. Radionuklidové zdroje a štěpné reaktory mají obrovskou výhodu oproti nim v tom, že mohou být relativně malé a kompaktní.
      5) Je možné, že lidstvo znovu odloží své ambice v dobývání vesmíru a jaderné zdroje nebudou potřeba. Na druhou stranu se zdá, že alespoň v dopravě nákladů na oběžnou dráhu a dál nastává i díky účastí soukromníků zlom. A nejen tito soukromníci mají i měsíční a marsovské ambice. A opravdu si nelze představit, že by je mohli realizovat bez radionuklidových a štěpných zdrojů. Využití fúze může následovat, ale náročnost této technologie a také její velikost (výkony v řádů MWe až GWe) je mimo blízké horizonty.

    • Vladimir Todt napsal:

      Co se týče fúze, tak zatím je problémem to, že to „umíme pokusně“ zatím jen ve velkých reaktorech + ten hlavní pokusný se stále staví. Nebude ani napojen na žádnou turbínu apod. To až další generace. Dále se pracuje na tom, aby fúze nebyla pulsní (ITER), ale kontinuální – viz Němci, vyžatuje to jakoby šroubově stočený toroid (stelarátor), aby plazma bylo stabilůnější a systém mohl pracovat, na rozdíl od Iteru, kontinuálně.
      Dalším krokem je pro vesmírné aplikace, nutná miniaturizace fúzních rekatorů – kdy to bude? Jak dlouho trvala např. v jiném oboru miniaturizace počítačů?
      Kromě stability plazmatu v určitém potřebném minimálním čase se hodně řešilo, jak jsem si povšiml, jak přenést teplo ze zdroje např. 150 000 000 K na parovodní turbínu, aniž by se „po cestě“ část přenosové tepelné soustavy neroztavila apod. Smaozřejmě místo praní turbíny může být elektrické zakončení jiné povahy, ale problém zde je stále.
      Dále fúzní rekatory nyní vyžadují masivní chlazení i kvůli používaným supravodivým magnetům. Tedy nutná minimalizace i osblužných obvodů, včetně chlazení.

      Bylo by to hezký mít fúzní miniaturní reaktor i pro vesmírný výzkum a lety. Určitě by se po něm jen zaprášilo a zájemci by se o něj i poprali. Byl by to univerzální kompaktní zdroj – energie na stanicích, prosté jaderné pohony, zdroj pro iontové motory, různé kombinace s plazmomotory apod věcmi. Ve vzdálenějších stanicích vítaný zdroj odpadního tepla atd. atd.
      Ale dneska z tohoto pohledu máme prd a těžko něco do r. 2050 z toho bude.

      • tyčka napsal:

        „ak přenést teplo ze zdroje např. 150 000 000 K na parovodní turbínu“
        To se skutečně řešilo? Není to dané jen tím jaké množství vody a kdy bude procházet – čím více vody bude reaktor chladit tak tím nižší teplota. A chladit se bude tak jen jeho konstrukce – nikoliv vnitřek reaktoru.

        • Petr Hájek napsal:

          Podle současných informací se u projektu iter odvod použitelného tepla vůbec neřeší a co hůř ani se neví jak to udělat.Pokud mám mylné info , tak mne opravte, vlastně bych měl radost kdybych se mylil.

        • Tady bych si dovolil okomentovat diskuzi o chlazení a ITER. To, co ITER neřeší, je přeměna tepla na elektřinu. Chlazení a odvod tepla pochopitelně musí být vyřešen u každého zařízení, jinak by se zničilo. Ještě je třeba zdůraznit, kde a jaký ohřev probíhá, a tedy i jaké teploty se dosahuje. Při fúzní reakci tritia a deuteria vzniká helium a neutron a ty přeberou energii reakce ve své kinetické energii. Helium zůstává v plazmatu a zvyšuje jeho teplotu. Jen plazma bude mít extrémní teploty. Stěny už budou mít teploty o mnoho řádů nižší. Neutrony, které nesou větší část uvolněné energie dopadají na vnitřní stěny komory a ohřívají je. Pochopitelně se na stěny přenáší i část tepla vzniklého ztrátami energie z plazmatu. Proto musí být tyto stěny (i u ITERu :-)) intenzivně chlazeny a teplo, které tak vzniká, musí být efektivně odváděno.
          Ještě poznámka, ITER také neřeší výrobu paliva (tritia), které by se mělo vytvářet právě reakcí produkovaných neutronů s lithiem v obalu komory.

  6. Filip Šrámek napsal:

    RTG (které jsou na voyagrech a na curiosity) nejsou jaderné reaktory

    • Teď jsem ne úplně pochopil, co měla tato věta sdělit. V článku je vysvětleno, že v dosavadní historii využívané jaderné zdroje jsou radionuklidové zdroje a štěpné reaktory. Je tam popsáno, že radionuklidové zdroje byly využívány kromě sond New Horizons, Cassini či Galileo právě třeba i u Voyageru či Curiosity. A také, proč to vypadá s možností dalšího využívání radionuklidů v následujících velmi špatně, chybí plutonium 238 a nejen USA nemá schopnost je nyní produkovat. A tedy, i proč se NASA obrací ke štěpným reaktorům. Takže souhlasím, že radionuklidové zdroje, tedy „RTG (které jsou na voyagrech a na curiosity) nejsou jaderné reaktory“. Nepochopil jsem však, co nového oproti článku tato věta řekla a proč jste sem tento komentář napsal.

  7. ptpc napsal:

    Ďakujem za vynikajúci článok! 🙂
    Inak, som rád, že konečne aj v tejto oblasti sa znova rozbehol vývoj…

  8. RiMr napsal:

    Velmi zajímavý článek, díky za něj.

    Zajímalo by mě, jestli mají „soukromníci“ ve vlastním vývoji podobných zdrojů energie volné ruce, resp. jak jim vláda/stát ty ruce moc svazuje. Přece jen jde o radioaktivní materiály a v dnešní době kdy velmi nevzdělaní velmi dobří lidé blokují vše co je jakkoliv „něcoaktivní“ to asi nebude zrovna jednoduché, společensky ani politicky. O EU vůbec nemluvím, tady bude za chvíli i nafta na zbrojní pas, ale co v USA? Například SpaceX či BO – bude vláda USA „spolupracovat“? Nebo už spolupracuje?

    • 3,14ranha napsal:

      U SpaceX byly podobné úvahy blokované personálem té firmy… (většina firmy včetně E. Muska jsou do jisté míry ekofanatici), ale když si Musk spočítal, že na Marsu existují i docela dlouhá období kdy FV panely dodávají JEDNOTKY procent jmenovitého výkonu, už začíná brát jadernou energii vážněji a chodí se radit do NASA.

      Popravdě je téměř jisté, že soukromníci si alespoň na začátku budou kupovat reaktory navržené v NASA (viz nedávno článek o projektu kilopower). Je úžasné že Musk konečně přivedl reusable nosiče z říše sci-fi do reality. Představa že k tomu ještě z rukávu vysype malý, lehký, bezpečný a výkonný štěpný reaktor hraničí s náboženským zaslepením. (Ten umí to a ten zas tohle.)

      Později to možná převezmou soukromé firmy (ovšem z jaderného průmyslu) a budou těm kosmickým dodávat reaktory na klíč (tak jak už dlouho vyrábějí pro americkou armádu, přesněji námořnictvo reaktory do lodí a ponorek)

      Soukromé firmy minimálně v USA nijak extrémně buzerované ohledně vývoje jaderných zdrojů nejsou. Chce se po nich dodržení standartů bezpečnosti, opatření proti terorismu a proti šíření ZHN. Koneckonců obecně i státní zakázky v USA nakonec soutěží soukromé firmy.

  9. hansnasa napsal:

    super článek který se čte jedním dechem.Zdá se mi,že o této problematice se toho moc nepíše.

Zanechte komentář