Po takmer päťdesiatročnej prestávke sa americká vesmírna agentúra vracia k vývoju reaktora a jeho testovanie začne už koncom leta.

Plány agentúry NASA vyslať jedného dňa ľudí na Mars sa venujú aj jednej z kľučových otázok, ako zabezpečiť dostatok energie na povrchu červenej planéty na výrobu paliva, obývateľného priestoru a iných zariadení. Jednou možnosťou sú malé jadrové štiepne reaktory, ktoré fungujú tak, že pri rozpade atómov uránu vzniká teplo a to sa následne mení na elektrickú energiu.

Oddelenie vývoja technológií agentúry NASA podporuje projekt Kilopower for three years (Výkon na tri roky), so zámerom predstaviť systém na Štátnej bezpečnostnej lokalite neďaleko Las Vegas v Nevade. Testovanie má začať v septembri a skončiť by malo v januári 2018.

Agentúra NASA naposledy testovala štiepny reaktor v šesťdesiatych rokoch v rámci programu zariadenia pomocného jadrového výkonu (v skratke SNAP). Ide o program, ktorý vytvoril dva typy zariadení na jadrový pohon. Prvé zariadenie, rádioizotopový termoelektrický generátor alebo RTG, odčerpáva teplo uvoľňované pri prirodzenom rozpade rádioaktívnych prvkov ako napríklad plutónium. RTG roky poháňa desiatky vesmírnych sond, vrátane vozidla Curiosity, ktoré v súčasnosti skúma Mars.

Reaktor na štiepenie atómov je druhá technológia, vyvíjaná pod hlavičkou SNAP. SNAP-10A bol prvým a doteraz jediným jadrovým agregátom, ktorý bol prevádzkovaný vo vesmíre. Po vypustení 3. apríla 1965 fungoval vo vesmíre 43 dní. Vyrobil 500 wattov elektrickej energie, kým porucha vedľajšieho zariadenia neukončila jeho prevádzku. Kozmická loď ostala na obežnej dráhe Zeme.

Rusko je oveľa aktívnejšie vo vývoji a pri letoch rakiet poháňaných malými reaktormi na štiepenie atómov. Sem patrí 30 sovietskych prieskumných satelitov, skrátene RORSAT, ktoré lietali v rokoch 1967 – 1988 a vysokovýkonné systémy TOPAZ. TOPAZ je akronymom pre termionický experiment s konverziou v aktívnej zóne.

Návrat jadrovej energetiky

Okrem projektu SNAP americká NASA financovala v 50. rokoch niekoľko jadrových zariadení, avšak finančné, politické a technické záležitosti pozastavili ďalší vývoj. Pred tromi rokmi program Game Changing Development (Program rozvoja zmeny taktiky) agentúry NASA podporil projekt Kilopower s cieľom skonštruovať malý štiepny reaktor a otestovať ho do konca fiškálneho obdobia, do 30. septembra 2017. Náklady na tento projekt sú okolo 15 miliónov USD.

“Po prvýkrát od programu SNAP budeme mať v prevádzke štiepny reaktor, ktorý sa dá použiť aj vo vesmíre,” hovorí Lee Mason, ktorý dozerá na vývoj technológie na výrobu a uloženie energie v Glennovom výskumnom centre agentúry NASA v Clevelande.

Septembrové testy sú navrhnuté tak, aby overili konštrukciu a výkon projektu Kilopower. Následne bude agentúra NASA pripravená pristúpiť k vývoju autentického systému na testovanie na Marse či na inom mieste, povedal Mason.

Skúšobný reaktor s výškou približne 1,9 metra by mal vyrobiť najviac 1 kilowatt elektrickej energie. Kvôli nízkym nákladom nemá testovací blok plnú sadu Stirlingových motorov na konverziu tepla vyrobeného štiepením. Na bilanciu strojov sa použijú tepelné simulátory, aby sa overil výkon reaktorov, povedal Mason v rozhovore pre Space.com.

NASA znovu prejavila záujem o problematiku štiepenia po štúdii z roku 2010, ktorá sa venovala alternatívam k systémom RTG.

“V tejto chvíli sa snažíme nájsť malý štiepny reaktor, ktorý by mohol zabezpečiť podobný výkon ako rádioizotopové energetické systémy,” povedal Mason.

Inžinieri z agentúry NASA usudzujú, že let človeka na Mars si bude vyžadovať systém, ktorý dokáže vyrobiť 40 kilowattov energie, čo je podľa agentúry približne toľko, koľko spotrebuje osem domácností na Zemi. RTG Curiosity dodáva okolo 125 wattov – to je menej elektriny, ako je potrebné na chod jednej mikrovlnky, hoci úroveň energie klesá, ako sa rozpadá rádioaktívne plutónium.

Let človeka na Mars si bude vyžadovať systém, ktorý dokáže vyrobiť 40 kilowattov energie, čo je podľa agentúry približne toľko, koľko spotrebuje osem domácností na Zemi.

Ďalšou možnosťou je solárna energia, ale to by obmedzilo výrobu elektrickej energie len na oblasti s dostatkom slnečného svetla na dobíjanie batérií. Napríklad vo vnútri krátera Shackleton, ktorý bol vďaka zdroju vody hlavným kandidátom na prieskum Mesiaca, je úplná tma. Najslnečnejšie miesta na Marse osvecuje len tretina z množstva slnečného svitu, ktorý sa dostane na Zem.

Štiepne reaktory môžu byť naďalej v prevádzke aj pri nepriaznivých poveternostných podmienkach, ako sú všadeprítomné pieskové búrky na Marse.

“Dostali sme na Mars niektoré, ozaj šikovné veci, ktoré majú veľmi zaujímavé pohonné systémy, ale tie nám nevyriešia otázku ľudských posádok,” vyhlásil Mason počas washingtonského summitu Ľudia na Mars.

Najväčší objem energie pri budúcich expedíciách s ľudskou posádkou pôjde na chod zariadenia vyrábajúceho palivo, vzduch a vodu, ďalej na chod obytného priestoru a dobíjanie batérií vozidiel a vedeckých prístrojov. NASA plánuje vyslať štyri alebo päť malých štiepnych reaktorov, z ktorých každý dokáže vyrobiť približne 10 kilowattov energie, uviedol Mason. Zariadenia sa majú vypúšťať v studenom stave a budú spustené, až keď dosiahnu svoju dráhu.

Najväčší objem energie pri budúcich expedíciách s ľudskou posádkou pôjde na chod zariadenia vyrábajúceho palivo, vzduch a vodu, ďalej na chod obytného priestoru a dobíjanie batérií vozidiel a vedeckých prístrojov.

“Pri štarte nefungujú, ale keď dáte do RTG palivo, spustí sa, a vy musíte využiť tepelný výkon,” hovorí Mason. “Tieto reaktory musia mať pri štarte veľmi nízku rádioaktivitu zariadenia – menej ako 5 currie, tak aby to bolo neškodné. Pokiaľ sa reaktor nespustí, nie sú tam žiadne produkty štiepenia, až potom sa tam objaví radiácia.”

K partnerom projektu Kilopower patri Glennovo výskumné centrum agentúry NASA, Ministerstvo energetiky, štátne laboratórium Los Alamos, Y12 štátny bezpečnostný komplex, ktorý dodáva pre reaktor urán.

Irene Klotz

Článok zverejnil Space.com 29. júna 2017.