Témata
Reklama

Jaderná energetika: Atomovým tahačem na Mars

S příběhem jaderného raketového pohonu se to má trochu jako s elektromobily. Přestože jejich princip je znám celá desetiletí a znamenal by revoluci v dopravě po silnici i ve vesmíru, nakonec to vždy skončí vítězstvím málo účinných konvenčních motorů. Jenže zatímco v minulosti se veškeré vesmírné projekty mohly spolehnout na to, že si s metodou spalování pevných či kapalných chemikálií vystačí, nové výzvy tlačí klasické technologie do pozadí.

Jak americký prezident Barack Obama, tak jeho ruský protějšek Vladimir Putin chtějí po roce 2035 vyslat pilotovanou misi na Mars. Jaderný pohon při letu na rudou planetu by byl přitom levnou a především rychlou variantou.

Zatímco v případě amerických výprav na Měsíc v programu Apollo nehrála délka pilotovaných misí podstatnější roli, s Marsem je to jinak. Nejde jen o množství zásob, ale především o radiaci způsobenou galaktickým kosmickým zářením. Při ročním letu na Mars a zpět by astronauté byli podle loňské studie časopisu Science vystaveni radiační dávce 662 mikrosievertů. Limit pro celou kariéru astronautů, který předepisuje Evropská kosmická agentura i Rusové, je přitom 1 000 mikrosievertů. Znamenalo by to jediné – buď by na rudou planetu letěli ještě „čerství“, ale nezkušení astronauté, nebo by se limity musely zrušit. Jiná situace by nastala, kdyby se let podařilo výrazně zkrátit. A právě díky jadernému pohonu by se historická výprava dala včetně bezpečného návratu stihnout přibližně za dva měsíce.

Reklama
Reklama
Reklama

Pohon iontovým motorem

V úvahu připadají dva systémy. Jsou si podobné v tom, že jejich základem je minireaktor – ne nepodobný těm, které se užívají na jaderných ponorkách. Dál už se však fyzikální princip činnosti motoru rozchází. Zatímco v případě „jaderné trysky“ by mělo jít o předehřívání kapalného vodíku teplem z reaktoru a jeho následné spalování v komoře, druhý systém je důmyslnější. Reaktor by produkoval elektřinu, jež by pomyslně roztáčela iontový motor. Kosmické plavidlo by se pohybovalo za pomoci urychlování plazmy v elektromagnetickém poli.


Elektrostatický iontový motor (Kaufmanova typu) – zdroj: Wikipedie
Ionty v motoru jsou urychlovány na rychlost v řádech desítek až stovek km/s. Tím je jeho palivová účinnost výrazně vyšší než u chemických motorů s maximální výstupní rychlostí 3 až 4 km/s. To znamená vyšší specifický impuls, kdy s menší hmotností neseného paliva je tak motor schopen zrychlit kosmickou loď na vyšší rychlost.

Pro zvětšení klikněte na obrázek

Iontový motor je jednou z možných pohonných jednotek kosmických lodí a sond. Jeho koncepce vznikla už před sto lety v nápadech amerického průkopníka raketové techniky Roberta H. Goddarda. Stejně jako raketové motory pracuje na principu akce a reakce. Využívá paprsek iontů urychlených na rychlosti v řádu desítek km/s. Tím dosahuje mnohem vyššího specifického impulzu než chemické rakety – ať už na tuhá nebo kapalná paliva.

Obě technologie mají svá pro a proti. Propojení reaktoru s klasickým tryskovým motorem má za sebou řadu testů v době studené války. Američané v letech 1955–1972 úspěšně vyzkoušeli systém NERVA, který byl původně zamýšlen pro lety ke stálé stanici na Měsíci a také na Mars. A prokázali, že pokud by „jaderná tryska“ byla součástí vícestupňového motoru nosné rakety a zažehávala by se až na orbitu, dala by se účinnost tahu několikanásobně zvýšit. Tehdy šlo ale o čistě termický reaktor, který by se dnes neuplatnil. Elektrický generátor je nutný k napájení palubních systémů a především k energeticky náročnému přenosu dat na Zemi.

Přednost tak ve výzkumu dostává iontový motor, kterému elektřinu dodává minireaktor. Tady zase mají náskok Rusové, kteří přímo v kosmu vyzkoušeli v 80. letech minulého století reaktor Topaz napojený na plazmový motor. Před pěti lety pak oznámili, že vyvíjejí design nového univerzálního plavidla, které by mělo nahradit technologicky téměř půl století staré rakety Sojuz. Jeho základem by měl být plazmový pulzní motor, který by do „spalovací komory“ dávkoval elektricky vybuzené pole a následně ho „plival“ za kosmickou loď. Reaktor, který by vše poháněl, by však musel mít mnohem vyšší výkon než Topaz, který s pěti kilowatty ovládal jen slabé manévrovací trysky.

Podobný tahač, který by splnil univerzální roli rychlého a variabilního plavidla schopného měnit trajektorii letu, vyvíjí také NASA. I tady jde o pulzní motor – s tím, že by loď měla v prstencových zásobnících dávky lithia, které by pomocí termonukleární reakce odhazovala ve formě žhavého plynu.

Servisní zázemí

Kromě letu na Mars by nová loď s pulzním jaderným pohonem mohla sloužit také jako údržbářská základna a vesmírná tankovací stanice v jednom. „Vzhledem k proměnlivé trajektorii lodi je možné provádět odklízení trosek a zásobovat elektřinou jiné lodě. V mnoha výjimečných situacích by bylo možné nasměrovat plavidla na jejich původní trajektorii,“ říká Anatolij Korotějev, ředitel Keldyšova výzkumného střediska, které se na výzkumu jaderného pulzního motoru podílí. A přidává ještě další využití. V případě ohrožení by lehce manévrovatelný vesmírný traktor mohl z nebezpečné vzdálenosti od Země odtáhnout třeba zbloudilý asteroid.

Vzájemná spolupráce v nedohlednu

Jestli první „marsonauté“ poletí na rudou planetu právě jedním z takových atomových tahačů, není vyloučeno. Jisté je naopak to, že se opakuje situace z dob studené války. Přestože NASA i Roskosmos platí desítky menších projektů zkoumajících atomový pohon ve vesmíru, reálná spolupráce neexistuje. Není to výsada vesmírné politiky. Nakonec ani konstruktéři elektromobilů se zatím na spolupráci nedohodli.

-mm-

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 140638
Datum: 11. 06. 2014
Rubrika: Servis / Zajímavosti
Autor:
Firmy
Související články
Made in Česko: Bezpečné bezdrátové spojení pro všechny

Prognózy, které se týkají internetu věcí (IoT) a průmyslového internetu věcí (IIoT), se mění stejně rychle jako možnosti této technologie samy. Už v roce 2008 bylo na světě víc připojených zařízení než lidí a odborníci ze Světového ekonomického fóra (WEF) tvrdí, že do roku 2025 bude 41,6 miliardy zařízení zachycovat data o tom, jak žijeme, pracujeme, pohybujeme se, jak fungují naše zařízení, stroje.

Stroje v pohybu:
Divoká jízda sondy Pathfinder

Sonda Mars Pathfinder, která 4. července 1997 přistála na rudé planetě, se může pyšnit několika prvenstvími. Třeba tím, že šlo o první mimozemský výsadek masově sledovaný uživateli internetu. Nebo tím, že jako první dopravila na Mars kolové průzkumné vozidlo, rover Sojourner.

Stroje v pohybu: Raketa, která změní svět

Americký podnikatel Elon Musk se od založení své firmy SpaceX v březnu 2002 netají tím, že jeho dlouhodobým cílem je kolonizace Marsu člověkem. Již letos přitom plánuje uskutečnit premiérový start orbitální rakety Starship, která mu má tento cíl pomoci splnit.

Související články
Stroje v pohybu:
Fotoprůzkumné družice

Za druhé světové války přinášely informace z fronty filmové týdeníky, při první válce v Perském zálivu vysílala živě CNN z bombardovaného Bagdádu – a nyní na Ukrajině má veřejnost poprvé v historii k dispozici prakticky v reálném čase družicové snímky. Navíc neskutečné kvality. Každopádně jde o materiál, který umožňuje potvrdit, nebo naopak vyvrátit mnohá tvrzení válčících stran.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Stroje v pohybu:
Webbův teleskop ve vesmíru

Pětadvacátého prosince loňského roku odstartovala z evropského kosmodromu ve Francouzské Guyaně raketa Ariane 5, v jejímž nákladovém prostoru byl na svou misi připraven vesmírný dalekohled Jamese Webba. Právě začala nová etapa poznávání vesmíru. Vědci si od ní slibují nové informace o vzniku vesmíru, černých dírách a temné hmotě.

Stroje v pohybu – Vrtulník na Marsu

Vědci a technici z amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) právě řídí jednu z nejnáročnějších operací v dějinách kosmonautiky. Expedice Mars 2020 hledá známky bývalého života na sousední planetě. Kromě pojízdné laboratoře je na Marsu také první stroj, který létá vlastní silou na jiné planetě, než je Země.

Vyvíjí se nový solný reaktor

Ruští vědci zahajují přípravu koncepce reaktoru chlazeného tekutými solemi, který je považován za nezbytnou součást budoucnosti jaderné energetiky. Tento reaktor je totiž schopen spalovat nejrizikovější radioaktivní odpady pocházející nejen z jaderné energetiky. Dále se připravuje tendr na výstavbu reaktoru BREST-300, který také přispěje k řešení problému použitého jaderného paliva.

Jízdní kola z vesmírného inkubátoru

V České republice existuje celá řada firem, které se svými produkty prosadily po celém světě. Často nejsou ani tak známé doma jako spíš za hranicemi naší země, kde v ojedinělých případech vytvořily dokonce nový segment trhu. Seriál formou stručného příběhu představuje čtenářům cestu, po které se podnikatel se svojí firmou vydal, jaké milníky jej provázely a jakých úspěchů a uznání na světovém trhu dosáhl.

Najít dveře do budoucnosti

Již 20. ročník Ceny Wernera von Siemense vyvrcholil 22. února slavnostním večerem v pražské Betlémské kapli. Za své práce zde převzalo ocenění celkem 25 nejlepších mladých vědců, studentů a pedagogů. Werner Siemens prý řekl: „Lepší než bušit hlavou do zdi je najít v ní očima dveře.“ Z mladých lidí, kteří převzali ocenění nesoucí jeho jméno, by měl jistě radost. Všichni totiž dokázali nejen najít dveře, ale otevřít je do budoucnosti.

Integrovaný obvod o tloušťce jedné molekuly

Lidstvo již zvládlo přeměňovat světlo na elektřinu a vytvořit akumulátory, v nichž nedochází k chemickým reakcím. Problémem však je, že tyto přístroje mají velmi nízkou účinnost. Nejlepších parametrů by se dosáhlo při použití polovodičů o tloušťce jediné molekuly. A ty se nyní naučili vyrábět vědci z ruského institutu MISiS, který je partnerem ruské korporace pro atomovou energii Rosatom.

Supravodič, to je 8 200 vláken o průměru pět mikrometrů

Poměrně dobře je známo, že Velký hadronový urychlovač v CERNu používá supravodivé magnety a že je bude používat i tokamak ITER. Jak je to však s použitím supravodičů v dalších vědeckých zařízeních? Kdy byl použit supravodič poprvé?

Hyperrychlost pro superspolehlivost

Rosatom vyvíjí a používá superpočítače schopné provést stovky trilionů operací za sekundu.

Zvídavé neutrony

Teroristické útoky v Belgii ukázaly, že v kontrole zavazadel v dopravních terminálech jsou povážlivé rezervy. Nadějí mohou být neutronové skenery, které oproti klasickým bezpečnostním rámům a rentgenům dokážou odhalit i samotnou výbušninu.

Umělé svaly, část 3: Dielektrické elastomery, 2. díl

Náš seriál pokročil do 21. století, ve kterém se téma umělých svalů stále častěji spojuje s technologií dielektrických elastomerů. Mobilní roboti, výrobní stroje, linky, dopravníky… všude zde se nabízí jejich využití. 2. díl je pokračováním a dokončením tématu dielektrických elastomerů

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit