Jadrová energia – Budúca atómová elektráreň na Mesiaci.
Americká vládna agentúra pre letectvo a vesmír (NASA), zodpovedná za americký kozmický program a výskum v oblasti letectva, chce do roku 2026 postaviť na Mesiaci jadrovú elektráreň. A keď sa im to osvedčí tak potom ďalšiu aj na Marse.
Americká agentúra NASA a americké Ministerstvo energetiky (DoE) iniciovali dopyt o návrhy amerického priemyslu na výstavbu jadrovej elektrárne na Mesiaci a Marse, aby podporili dlhodobé plány kozmického a jadrového výskumu. Návrhy sa týkajú jadrového energetického systému na povrchu Mesiaca a planét, a cieľom je aby mali takýto systém už pripravený k spusteniu letov, tj. pre pristávací modul a jadrové reaktory k roku 2026.
Medzinárodná vesmírna stanica - MKS - ISS
Zatiaľ najvzdialenejšou základňou, ktorú ľudstvo kedy postavilo, je Medzinárodná vesmírna stanica (po rusky MKS - Meždunarodnaja kosmičeskaja stancija, resp. anglicky ISS -International Space Station); ktorá je v súčasnosti jediná trvalo obývaná vesmírna stanica. Skladá sa z viacerých modulov. Jej výstavba začala vypustením prvého modulu Zarja 20. novembra 1998. Vesmírna stanica je na obežnej dráhe okolo Zeme vo výške okolo 410 km. Prvá stála posádka na ňu vstúpila 2. novembra 2000 a odvtedy sa približne každých 6 mesiacov posádky menia.
ISS nemá jadrový energetický zdroj
ISS na svoju prevádzku nevyužíva jadrový energetický zdroj na výrobu energie predovšetkým preto, že náklady na vývoj, testovanie a príslušné odobrenie na takúto jednorazovú aplikáciu, akou je ISS, by boli oveľa vyššie ako skutočné náklady na solárnu energiu, ktorá je pre energetické zásobovanie dnes používaná. Po druhé, politické otázky a postoj verejnosti spojený s jadrovou energiou vo vesmíre by predstavovali zbytočnú záťaž navyše pre počiatočné schválenie programu, ako aj počas jeho trvania. A po tretie, v minulosti existovali a stále aj existujú určité vedecké obavy zo zavedenia veľkých zdrojov žiarenia do vesmíru hlavne blízko Zeme!
Vízia NASA však ide oveľa ďalej.
Americká vesmírna agentúra sa už pustila do projektu vyslania ľudskej misie na Mesiac do roku 2024 v projekte „Artemis“. V ideálnom prípade by však NASA (a ďalšie vesmírne agentúry vrátane Európskej vesmírnej agentúry - ESA) chceli založiť stálu vedeckú základňu na Mesiaci. Zdá sa že by to mohol byť veľký úspech, pretože už teraz sa dosahuje pozoruhodný pokrok.
Nové výsledky výskumu identifikovali potenciálne zdroje vody na Mesiaci, ktoré by boli pre tento typ misií nevyhnutné. Medzitým ďalší projekt vyvíja spôsob, ako separovať mesačný prach na kyslík a kovy, obe dôležité suroviny. Ale na to, aby sa to vôbec dalo urobiť, je potrebné veľa energie. Na prvý pohľad by sa tu mohli zdať vynikajúce obnoviteľné zdroje, ale nie je to tak. Bez atmosféry, ktorá na Mesiaci neexistuje nepripadá veterná energia do úvahy a pre použitie slnečnej energie je tiež nevhodný drsný, prašný povrch Mesiaca. No a fosílne palivá sú nielen ťažké ale sa aj ťažko prepravujú, takže zostáva len jedno realistické riešenie: - jadrová energia.
Myšlienka realistického riešenia je teda vytvoriť funkčnú miniatúrnu jadrovú elektráreň tu dole na Zemi, potom ju rozobrať, dopraviť na Mesiac a tam ju potom opäť zložiť a prevádzkovať....
Ak sa podarí umiestniť trvalé jadrové energetické zdroje na rôzne nebeské telesá, ako je Mesiac alebo Mars, umožní to ľudstvu v prvom rade postaviť svoju trvale obývateľnú základňu na Mesiaci - základňu, ktorá by ľudstvu mohla pomôcť skúmať ešte ďalej hlbšie do slnečnej sústavy. Anthony Calomino, vedúci portfólia jadrových technológií NASA v spoločnosti Space Technology prehlásil, že "Len čo táto technológia preukáže praktickú aplikovateľnosť, bude možné už na dlhodobé misie na Mesiac a nakoniec na Mars budúce systémy buď zväčšiť, alebo ich použiť viac".
Jadrová energia v kozme
Prvým jadrovým reaktorom použitým na kozmickej lodi bol americký SNAP-10A, vytvorený v rámci programu SNAP (System for Nuclear Auxiliary Power) a inštalovaný na palube kozmickej lode Snapshot s hmotnosťou 440 kg, ktorú vyniesla do kozmu nosná raketa Atlas 3. apríla 1965. Reaktor SNAP-10A však úspešne fungoval iba 43 dní - do 16. mája 1965. V ten deň bol prvýkrát zapli aj experimentálny iónový motor, ktorý bol tiež nainštalovaný na palube. Prácu sprevádzali početné poruchy vysokého napätia, elektromagnetický pulz, ktorý narušil činnosť palubného zariadenia. Okrem toho (čo bolo zistené neskôr, boli na základe falošného príkazu pri výrobe vynechané určité „drobnosti“ v konštrukcii reflektora reaktora, čo viedlo k jeho nenávratnému zlyhaniu.
Jadrová energia bola na Mesiaci použitá už dávno...
Jadrová energia fungovala na Mesiaci už od letu Apolla 12 v novembri 1969, keď americkí astronauti Charles Conrad a Allan Bean, (druhá dvojica mužov, ktorá kráčala po povrchu Mesiaca), vzali so sebou jadrový generátor ktorý im slúžil na výrobu elektriny na prevádzku svojich vedeckých prístrojov a ďalších subsystémov, ktoré poskytovali priebežné informácie.
Vo svojej správe z konca roku 1969 Glenn T. Seaborg, vtedajší predseda americkej atómovej energie komisia (NRC) už potom mohol oznámiť, že jadrový generátor na Mesiaci úspešne odolával obrovským teplotným výkyvom.
Jadrový generátor bol pri lete na Mesiac nesený na vonkajšej strane lunárneho modulu. To umožnilo, aby sa teplo generované palivovou kapsulou rozptýlilo vo vesmíre a zároveň poskytlo možnosť adekvátne chrániť astronautov odtienením. Vlastne to bol „generátor SNAP-27“, jeden z radu rádioizotopových termoelektrických generátorov (atómových batérií) vyvinutých Komisiou pre atómovú energiu. Program SNAP (Systems for Nuclear Auxiliary Power) je zameraný na vývoj generátorov a reaktorov na použitie vo vesmíre, na zemi a v moriach.
Zatiaľ čo jadrový generátor (cez transformáciu tepla) bol použitý v balíku seizmometrov na Apolle 11, SNAP-2 7 na Apolle 12 znamenal prvé použitie systému jadrovej elektrickej energie na Mesiaci.
Bol navrhnutý tak, aby poskytoval všetku elektrinu na nepretržitú jednoročnú prevádzku vedeckých prístrojov NASA a podporných subsystémov ktoré boli rozmiestnené astronautmi na mesačnom povrchu.
Úplne prvé použitie jadrového energetického systému na kozmickej lodi NASA bol jadrový generátor odlišnej konštrukcie, ktorý bol kombinovaný spolu so solárnymi článkami pre energetické zabezpečenie satelitu Nimbus III, ktorý bol vypustený v apríli 1969. Systémy tohto typu boli tiež použité na navigačných satelitoch. V rámci vesmírneho programu USA bolo pred SNAP-27 spustených celkovo osem jadrových energetických systémov.
Jadrový generátor SNAP-27
Základná jednotka SNAP-27 bola navrhnutá na výrobu najmenej 63 Wattov pre experimenty Apollo 12. Konštrukčne je to valcový generátor poháňaný rádioizotopom Plutónium-238, vysoký asi 46 cm s priemerom 41 cm, vrátane rebier použitých ako chladiče vyžarujúce teplo. Generátor využíva ľahký materiál Berýlium, a váži bez paliva asi 13 kg. Kapsula na jadrové palivo vyrobená z vysoko legovaného materiálu je dlhá 41 cm s priemerom cca 6 cm. Váži asi 7 kg, z čoho sú necelé 4 kg palivo. Palivo Plutónium-238 je úplne oxidované a je chemicky a biologicky inertné. Palivová kapsula bola počas operačnej misie obsiahnutá v grafitovej palivovej nádrži. Celá valcová konštrukcia bola navrhnutá tak, aby poskytovala ochranu pred opätovným zahriatím a mala doplňujúcu izoláciu pre kapsulu paliva v nepravdepodobnom prípade prerušenia kozmickej misie. Keď pristáli na Mesiaci, astronauti palivovú kapsulu preložili do generátora, ktorý bol umiestnený na mesačnom povrchu v blízkosti modulu. Prevádzka jadrového generátora bola zabezpečovaná spontánnym rádioaktívnym rozpadom Plutónia238, čo spôsobovalo že palivová kapsula vyžarovala teplo. Následne sústava zo 442 olovnatých telúridových termoelektrických prvkov prevádzala toto teplo (1480 tepelných Wattov) priamo na elektrickú energiu (najmenej 63 Wattov). Neboli tam žiadne pohyblivé časti.
Výhody a aplikácie takýchto systémov:
Pre možnosť dlhodobého prežitia a zabezpečenia spoľahlivého, silného, relatívne malého a ľahkého elektrického systému pre rôzne vesmírne aplikácie vrátane orbitálnych satelitov, lunárnych misií a sond na vzdialené planéty je jadrová energia považovaná jednoducho za nevyhnutnú!
V súčasnosti mnoho energetických systémov kozmických lodí závisí od použitia solárnych článkov na výrobu elektrickej energie na priame použitie a na dobíjanie chemických batérií. Lenže stále rastúce požiadavky na napájanie spôsobujú ťažké problémy pri navrhovaní čoraz väčších panelov so solárnymi článkami a súvisiacich systémov na skladovanie batérií.
Pre všetky prieskumné kozmické misie na veľké vzdialenosti od slnka by však boli potrebné zdroje jadrovej energie, pretože veľkosti plôch solárnych článkov potrebných na takéto misie by boli príliš veľké, aby to bolo praktické a už o ich možnostiach poškodenia od rôznych letiacich častí v kozme ani nehovoriac. Jedinečné vlastnosti Plutónia-238 predurčujú jeho použitie vo vesmírnych jadrových generátoroch. Veď ešte aj takmer po 90tich rokov dodáva Plutónium 238 stále polovicu pôvodného tepla. Pritom vyžaruje hlavne jadrá Hélia (alfa žiarenie), čo je veľmi mierny typ žiarenia, ktoré si vyžaduje veľmi malé tienenie. Generátor, v ktorom je uložené izotopové palivo, v podstate chráni toto žiarenie, nie je zbytočne ťažký, a zároveň funguje aj ako radiačná ochrana hardvéru kozmickej lode. Rozsiahle bezpečnostné analýzy a testy preukázali, že palivo bude bezpečne uložené za takmer všetkých dôveryhodných predpokladateľných nehôd.
Problémom je však, že budúce kozmické misie budú potrebovať energetické systémy s väčším výkonom.....
Novšie využitie zdrojov jadrovej energie sa uskutočnilo aj v misiách, ktoré opustili obežnú dráhu Zeme. Medzi príklady patrí misia Cassini na prieskum Saturna a jeho mesiacov a robotické transportéry, ako napríklad nedávno zahájená misia „Mars 2020 Perseverance“, ktorá sa na Mars dostane začiatkom budúceho roka.
Pre ašpirácie na podporu ľudských kolónií na Mesiaci alebo Marse sú solárne panely nie dostatočné a na také dlhodobé misie (na veľké vzdialenosti od Slnka), na využitie zdrojov jadrovej energie musia byť doplnené raketovým pohonom, ktorý je objemný, ťažký a drahý. Dôležité si je taktiež uvedomiť, že práve zdroje jadrovej energie budú potrebné aj na spiatočnú cestu!
Problém využitia slnečných batérií na Mesiaci
Ak by bol Mesiac v tme 14 dní z každého 28-denného obdobia, solárne panely ako zdroj energie pre lunárne experimenty by boli funkčné iba na 50 percent času kvôli svojej závislosti od slnečných lúčov. Ale jadrové generátory pracujú nezávisle na svetle slnka. A práve preto môžu experimenty poháňané jadrovým generátorom poskytovať údaje nepretržite na sto percent, na rozdiel ako by to bolo v prípade solárnych článkov.
Nádejné vyhliadky
Na druhej strane sú tu nádejné predpoklady, pretože keby boli energetické systémy jadrových reaktorov vyvinuté a testované pre vesmírne lety (pretože budú potrebné) napríklad na napájanie základne na Mesiaci, čo sme už tu spomenuli, že je dôležité kvôli 2-týždňovej Mesačnej noci, marginálne náklady na návrh, výrobu a spustenie energetického systému jadrového reaktora (dokonca aj pre ISS) by mohli byť kľudne porovnateľné alebo dokonca až nižšie ako náklady na solárne panely ISS; pretože fotovoltaika nie je zo svojej podstaty „oveľa, oveľa lacnejšia“ ako takéto jadrové reaktory, a to ani v rozsahu potrebnom pre ISS (80 kW).
Vesmírne jadrové reaktory nemusia potrebovať veľké masy odtienenia, pretože vesmír je, ako sa hovorí, nielen veľmi veľký, ale tam existuje aj mimo jadrových reaktorov kozmické žiarenie! A (naše) jadrové reaktory (na rozdiel od RTG) je možné transportovať „studené“; tj. ešte nepracujúce, kedy je aktívna zóna reaktora je iba slabo rádioaktívna, kým nezačne štiepenie (ktoré bude riadené posádkou, alebo dokonca na diaľku zo Zeme).
A na obežnej dráhe by mohol byť reaktor umiestnený v určitej vzdialenosti (povedzme 1 km) od ISS na konci napájacieho kábla s malým a nie obzvlášť ťažkým štítom (najviac pár ton), ktorý by tienil iba priamy vplyv od aktívnej zóny reaktora na ISS. (ISS má hmotnosť 420 ton; a v minulosti už boli na Zemi odskúšané experimenty, kedy posádky leteli s aktívnym 3 MW (tepelným) reaktorom v upravenom bombardéri B-36 (NB-36H), a ktorý bol vzdialený dokonca menej ako 30 metrov od posádky s použitím asi 10 tonového štítu.) A na obmedzenie potenciálnych účinkov žiarenia na iné satelity alebo vesmírne objekty lietajúce v blízkosti ISS by bolo potrebné ďalšie ochranné tienenie, ale nie tak veľké, aby sa takýto reaktor nedal zrealizovať.
V princípe už bolo umiestnené na nízku obežnú dráhu Zeme dostatočne veľké množstvo jadrového materiálu vo forme jadrových reaktorov (niekoľko sovietskych satelitov napr. 33 radarových satelitov RORSAT, z ktorých každý nesie 1 250 kg reaktor obsahujúci 31 kg vysoko obohateného uránu s produkciou cca 2 kW elektrickej energie pomocou termionických generátorov s veľmi nízkou účinnosťou a 2 misie Kosmos nesúce reaktory TOPAZ, ktoré produkovali 5 kW. V súčasnosti na obežnej dráhe možno stále ešte zostalo takmer 1 000 kg uránu a asi 15 ton iného vysoko rádioaktívneho materiálu. Ak to nebude odchytené (vyčistené), o niekoľko sto rokov sa to vráti na Zem, čo by predstavovalo určité (ale nie obzvlášť veľké) nebezpečenstvo, pretože väčšina radiácie na vysokej úrovni sa medzitým rozpadne.
Bezpečnosť predovšetkým....
Zaistenie bezpečnosti na Zemi z jadrových zdrojov vo vesmíre bolo spochybňované hlavne v roku 1978, keď zemská gravitácia pritiahla smerom k Zemi v tom čase už nekontrolovaný sovietsky satelit COSMOS 954 poháňaný malým jadrovým reaktorom s 45 kg vysoko obohateného uránu. Pretože nebolo možné presne predpovedať bod dopadu systému, museli záchranári predpokladať, že môže dôjsť ku kontaminácii obývaného územia, a horúčkovito pripravovali vybavenie a postupy reakcie. To bola prvá skúsenosť na svete s nekontrolovaným opätovným vstupom na Zem už vlastne vesmírneho objektu s rádioaktívnymi materiálmi. Samozrejme, že rádioaktívne materiály vypustené na obežnú dráhu Zeme alebo použité v kozmických lodiach môžu v prípade nehody potenciálne poškodiť ľudí alebo životné prostredie.
Existujú jasné celosvetové povinnosti...
Podľa „Dohovoru o včasnom oznamovaní jadrových nehôd“ musia krajiny, ktoré vesmírny objekt vypustili, v prípade nehody so satelitom alebo iným vesmírnym objektom so zdrojom jadrovej energie alebo s rádioaktívnym zdrojom na palube upovedomiť potenciálne dotknuté štáty a IAEA (MAAE). IAEA zaviedla operatívne opatrenia na podporu krajín pri plnení tejto povinnosti. Existuje jednotný systém IAEA pre výmenu informácií o incidentoch a mimoriadnych udalostiach (USIE) – kde cez bezpečnú webovú stránku poskytuje platformu pre krajiny na výmenu naliehavých oznámení a následných informácií počas jadrovej alebo rádiologickej havarijnej situácie.
Celosvetová situácia je monitorovaná nepretržite, a tzv. „Spoločný plán radiačnej havarijnej situácie medzinárodných organizácií (JPLAN)„ ustanovuje rámec pre koordinovanú činnosť medzinárodných organizácií počas stavu núdze. UNOOSA vedie aj Register objektov spustených do kozmu, kde je zaregistrovaných viac ako 86 percent všetkých satelitov, sond, kozmických lodí s posádkou a letových prvkov vesmírnych staníc vypustených na obežnú dráhu Zeme.
A ako to dopadlo s COSMOS 954?
COSMOS 954 nakoniec 24. januára 1978 dopadol na severozápadných územiach Kanady a rozptýlil rádioaktívny odpad na dĺžke 600 km, pričom šíril rádioaktivitu na ploche 100 000 km2. Následne bolo v rámci operácie čistenia teritória s názvom „Operation Morning Light“, ktorú spoločne koordinovali Kanada a USA, získaných 80 rádioaktívnych predmetov. Havária systému COSMOS 954 sa stala prototypom globálnych opatrení na pripravenosť a reakciu na núdzové situácie pre satelity prepravujúce zdroje jadrovej energie.
Existujú už skúsenosti...
Samozrejme je potrebné vnímať, že Rusi (teda bývalý Sovietsky zväz) tiež veľmi dobre vedeli (a aj vedia) ako prevádzkovať reaktory vo vesmíre; o čom sa presvedčili aj Američania, keď si po studenej vojne doviezli z Ruska niekoľko testovacích verzií reaktora TOPAZ II (nikdy nelietaný nástupca TOPAZ – pozri info nižšie) a aj uvažovali o leteckej misii s použitím TOPAZ II, avšak misia bola v roku 1993zrušená, a to čiastočne aj kvôli obavám z nedostatočne odtieneného systému TOPAZ II, čo by mohlo ovplyvňovať iné satelity.
Skúsenosti Sovietov...
Sovieti mali výborný a veľmi nádejný projekt - termoelektrický jadrový reaktor - konvertor "Romaška" (v preklade „Harmanček“), ktorý bol prvýkrát predstavený Kurčatovovým inštitútom 14. augusta 1964. Bol to rýchly jadrový reaktor mal tepelný výkon 40 kW a ako palivo používal karbid uránu. Ako doplnok k nemu bol vo fyzikálnom a technologickom ústave v Suchumi bol vyvinutý a vyrobený termoelektrický prevodník na báze kremíkovo-germániových polovodičových prvkov, ktorý produkoval výkon až 800 W. Geniálny konštruktér Sergej Pavlovič Korolev zamýšľal použiť „Romašku“ na kozmických lodiach v kombinácii s pulznými plazmovými tryskami. Skúšky reaktora žiaľ skončili až v polovici roku 1966 (teda už po smrti Koroleva), a jadrový reaktor Romaška vo vesmíre nebol nikdy použitý.
Druhým (už úspešným) sovietskym jadrovým reaktorom pre vesmír bol "Buk"
Jadrový reaktor BES-5 Buk bol použitý na radarovom prieskumnom satelite s (pre sovietov ironickým názvom) US-A. Prvý bol vypustený 3. októbra 1970 z Bajkonuru („Cosmos-367“). Elektrický výkon bol 3 kW s tepelným výkonom 100 kW, a jeho maximálna životnosť BES-5 bola 124 (podľa iných zdrojov - 135) dní. Dvojokruhová inštalácia mala rýchly neutrónový reaktor BR-5A a termoelektrický generátor, chladivom oboch okruhov bola eutektická zliatina sodíka a draslíka (s teplotou topenia −11 ° C), pričom teplota v primárnom okruhu bola 700 ° C, a v sekundárnom 350 ° C. Hmotnosť celej inštalácie bola asi 900 kg. Aktívna zóna reaktora pozostávala z 37 palivových článkov s minimálnou medzerou medzi nimi. Každý palivový článok obsahoval tri bloky uránu a molybdénu s dĺžkou 55 mm a dva bloky berýlia dlhé 100 mm, tvoriace koncové reflektory. Celková hmotnosť uránu bola 30 kg, pričom obohatenie izotopu uránu 235 dosahovalo až 90%! Konštrukcia reaktora bola vo forme šesťuholníkového hranola s veľkosťou na kľúč 140 mm, obklopená bočným berýliovým reflektorom s hrúbkou 100 mm. Ovládanie reaktora zabezpečovalo šesť berýliových tyčí, ktoré sa mohli v reflektore pohybovať navzájom paralelne. Bočný reflektor pozostával z oddelených častí, utiahnutých oceľovou páskou. Predpokladali, že keď satelit opustí svoju obežnú dráhu a dostane sa do hustých vrstiev atmosféry, páska rýchlo zhorí, reflektor sa rozpadne a samotné jadro by malo zhorieť. Po neúspešnom páde kozmickej lode „Kosmos-954“ 24. januára 1978 museli konštrukcia zmeniť a to tak, že v prípade potrebnej deštrukcie (pádu na Zem) boli všetky palivové články násilne vyhadzované plynovým pohonom.
Ďalšou sovietskou vesmírnym jadrovým reaktorom bol TEU-5 „Topol“ („Topaz-1“), ktorá bola prvýkrát vynesená na obežnú dráhu 2. februára 1987 ako súčasť experimentálnej kozmickej lode „Plasma-A“ („Kosmos-1818“). Jadrovým palivom v reaktore bol oxid uraničitý s 90% obohatením, chladiacou látkou bola tavenina draslíka a sodíka. Reaktor mal tepelný výkon 150 kW a množstvo uránu 235 v reaktore znížili na 11,5 kg (v porovnaní s 30 kg v BES-5 Buk). V programe „Topaz“ použili termionický konvertor tepelnej energie na elektrickú energiu. Takýto prevodník je niečo ako vákuová trubica: volfrámom potiahnutá molybdénová katóda, zahriata na vysokú teplotu, vyžaruje elektróny, ktoré za nízkeho tlaku prechádzajú cez medzeru naplnenú iónmi cézia a vstupujú do anódy. Elektrický obvod je záťažou uzavretý, a výstupný elektrický výkon meniča bol od 5 do 6,6 kW. Predpokladaná životnosť bola jeden rok, a už na druhej kozmickej lodi „Plasma-A“ („Cosmos-1867“) odpracoval „Topaz“ viac ako 11 mesiacov.
Veľmi zaujímavý (a aj nádejný) bol jadrový reaktor-prevádzač „Jenisej“ , ktorý mal slúžiť ako súčasť priameho televízneho satelitného vysielania Ekran-AM, ale tento projekt bol zrušený. Produktom bol jadrový reaktor, kde v aktívnej zóne neboli tradičné palivové články, ale už integrované kanály na výrobu energie. Pozostávali z „tabliet“ oxidu uraničitého obohateného na 96%, katódy, anódy, cézneho kanálu a zvyšku nevyhnutného zariadenia“. Tepelný výkon Jeniseja bol asi 115 - 135 kW, elektrický výkon bol asi 4,5 - 5,5 kW a ako nosič tepla sa použila tavenina sodíka a draslíka.
Ako už bolo spomenuté, v roku 1992 USA kúpili (minimálne dva) jadrové reaktory Jenisej (Topaz-2) v Rusku za 13 miliónov dolárov. Jeden z reaktorov sa mal použiť po dôkladných pozemných testoch v roku 1995 v rámci programu pre testovanie vesmírneho letu s jadrovým elektrickým pohonom. V roku 1993 sa však kvôli rozpočtovým škrtom rozhodlo obmedziť iba na pozemné skúšky a v roku 1996 bol projekt ukončený.
Aj Francúzi majú svoj záujem...
V roku 1982 iniciovali Francúzi Program spolupráce v oblasti jadrových vesmírnych energetických systémov medzi CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) a CEA (Commissariat a l'Energie Atomique) s cieľom posúdiť uskutočniteľnosť, čas potrebný na realizáciu a náklady na jadrové vesmírne energetické systémy tried 20 až 400 kWe. Prvú fázu štúdie dokončili v polovici roku 1986, a tá bola venovaná predbežným štúdiám uskutočniteľnosti a nákladov na referenčný 200 kWe turbo-elektrický systém ERATO kompatibilný s odpaľovacím zariadením ARIANE V. Trojročnú fázu štúdie zamerali hlavne na posúdenie potenciálnych výhod jadrových energetických systémov oproti solárnym dynamickým a foto-voltaickým systémom v rozsahu výkonu 20 kWe, čo zodpovedá očakávaným energetickým potrebám prvých európskych vesmírnych misií.
V podstate to nie je nič nové, jadrové štiepne reaktory, či už výskumné, resp. priemyselné – na výrobu elektrickej energie, odsoľovania vody a výrovu rádiofarmák fungujú tu na Zemi už desaťročia.
Použitie jadrových reaktorov na kozmických lodiach, alebo vesmírnych objektoch sa predpokladá hlavne vtedy, keď požadované množstvo energie nemožno získať inými prostriedkami, napríklad použitím solárnych panelov alebo zdrojov izotopu.
Ale, prečo (?) chcú vlastne mať Američania na Mesiaci jadrovú elektráreň?
Plánovaný jadrový reaktor na Mesiac by mal byť integrovaný s pristávaním lodí na Mesiac. Po jeho úspešných skúškach na Zemi by ho mala nosná raketa dopraviť na obežnú dráhu okolo Mesiaca. Pristávací modul ho potom prevezme a dopraví na povrch (Mesiaca) a po tam bude pripravený na prevádzku bez akejkoľvek nutnosti ďalšej montáže alebo výstavby.
Očakáva sa, že by to všetko mohlo potrvať jeden rok a v konečnom dôsledku by takto umiestnený jadrový energetický zdroj na Mesiaci mohol viesť k predĺženým misiám nielen na samotnom Mesiaci, ale aj na Marse a neskôr možno aj ďalej.
Zatiaľ predpokladajú použitie štyroch reaktorových blokov, kde každý z nich poskytne výkon cca 10 kW elektrickej energie (čo by na začiatok mohlo na založenie základne na Mesiaci stačiť).
Ale robiť to isté, (ale v iných podmienkach), nie je vždy to isté!
A teda vybudovanie jadrovej elektrárni pre Mesiac, tak aby bola dostatočne efektívna, výkonná ale zároveň aj čo najmenšia a najľahšia prináša úplne nové výzvy. NASA na tom pracuje s Idaho National Laboratory (INL), inštitútom pre jadrový výskum, ktoré je súčasťou komplexu laboratórií DoE.
Je však plán reálny a je dodanie možné o šesť rokov?
Podľa Steva Johnsona, riaditeľa divízie vesmírnej jadrovej energie a izotopových technológií v Národnom laboratóriu v Idaho, odpoveď znie „áno“. Johnson povedal, že "Sme schopní využiť roky výskumnej a vývojovej práce na pokrokových (jadrových) palivách a materiáloch, ako aj nedávne pokroky v komerčnej vesmírnej doprave, aby sme znížili riziko pre plánovaný čas, aby sme splnili dátum 2026". "Skutočne sa usilujeme priniesť inováciu komerčného jadrového priemyslu na spoluprácu s NASA a leteckým priemyslom využívajúcim existujúce technológie."
A samotný Calomino uviedol, že technológie, ktoré sú rozhodujúce pre úspech tohto projektu, sú jadrový reaktor, systém na transformáciu (premenu) energie, systémy na odvádzanie tepla a technológia kozmických letov.
Predpokladajú, že jadrové energetické zariadenia plánovaná na povrchu Mesiaca budú navrhnuté tak, aby fungovali na výkonoch cca 10 kW elektrickej energie po dobu približne 10 rokov, kde vychádzajú z jednoduchého predpokladu, že „výkon energetických blokov 10 kW je zhruba ekvivalentný pre možnosť dodávania takého množstva energie, ktorá je potrebná na napájanie piatich až ôsmich veľkých domácností.“ Anthony Calomino, vedúci portfólia jadrových technológií NASA v spoločnosti Space Technology uviedol, že laboratórium INL požiadalo o vyhodnotenie záujmu priemyselných odvetví a získanie návrhov projektu.
Už 22 konkrétnych návrhov!
INL (DoE) už dostalo 22 písomných odpovedí od veľkých i malých spoločností, všetky z leteckého, jadrového a energetického sektoru. Aj keď (úplne pochopiteľne) neuviedol mená žiadnej z týchto spoločností, povedal že všetky spoločnosti už mali skúsenosti s výrobou jadrových reaktorov, vývojom vesmírnych technológií a výrobou špecializovaného vybavenia, ktoré bude pre tento konkrétny projekt potrebné.
Dodal, že NASA a DOE plánujú zverejniť ešte aj ďalšiu žiadosť o návrhy týkajúce sa konkrétne už jadrových reaktorov začiatkom roku 2021. Hodnoty pre zadania budúcich zákaziek ešte len budú stanovené. Americká vláda plánuje zadať aj niekoľko krátkodobých zákaziek na vypracovanie predbežného návrhu, potom následnej veľkej zákazky na konečný vývoj hardvéru.
Projekt predpokladá, že spoločnosti vytvoria tímy zamerané na všetky technologické oblasti potrebné na vývoj tohto jedinečného a zložitého energetického systému. Okrem toho predpokladajú možné kombinácie v spoločnom projekte, nakoľko všetky spoločnosti, ktoré sa špecializujú na vývoj jadrových reaktorov, nemusia mať svoje hĺbkové podnikové vedomosti alebo skúsenosti s vývojom zariadení na vesmírne lety alebo systémov na premenu energie. A taktiež, že môžu existovať ďalšie špecializované spoločnosti na komunikačné zariadenia, snímače, technológie premeny energie a technológie prenosu tepla, ktoré môžu byť do projektu vtiahnuté najefektívnejším získaním cez vytvorenia spoločných partnerstiev.
Pre americký jadrový priemysel je to bezo sporu vynikajúca príležitosť a pre jadrový priemysel Ruska a Čína určite konkurenčná výzva!
NASA sa však domnieva, že to všetko však bude stáť za to!
