Kilopower – jadrový reaktor pre vesmírne misie

Screen Shot 2018-05-09 at 22.25.04 copya9. mája 2018 – Elektrická energia je kľúčovým zdrojom, ktorý umožňuje fungovanie satelitov a kozmických lodí vo vesmíre. Tradične je v kozmickom priestore vyrábaná pomocou solárnych panelov alebo batérií. Zatiaľ čo využitie solárnej energie vo vesmíre závisí od vzdialenosti od Slnka, alebo striedaní dňa a noci, pre jadrovú energiu toto neplatí a predstavuje stabilný a dlhodobý zdroj elektrickej energie. Budúce misie s ľudskou posádkou na Mesiac alebo Mars budú potrebovať rádovo väčšie množstvo energie a to motivovalo NASA a ďalšie laboratóriá v USA vyvinúť Kilopower – miniatúrnu jadrovú elektráreň pre použitie vo vesmíre.

Využitie Kilopower je rôznorodé. Plánuje sa používať pre ľudský výskum Marsu a Mesiaca, pre sondy do hlbokého vesmíru (Europa, Titan, Enceladus, Neptún, Pluto), alebo pohon kozmických sond. Využitie si nájde v komerčných aktivitách, pri ťažbe asteroidov, letov na obežnú dráhu alebo osídlenie Mesiaca. Elektrická energia je dostatočná na vŕtanie, topenie, dodávku tepla, chladenie, spracovanie materiálu, výrobu, pohon, komunikáciu, obrazový záznam a vedecké experimenty. Pri využívaní jadrovej energie však netreba zabúdať na bezpečnosť a medzinárodné dohody. Využívanie (testovanie) zdrojov na báze rádioizotopov (atómovej energie) upravuje hneď niekoľko medzinárodných dohovorov (napríklad dohovor z roku 1963). Výbor OSN pre mierové využívanie vesmíru  UN COPUOS je takisto pravidelne informovaný o aktivitách členských štátov spätých s využívaním jadrovej energie vo vesmírnych projektoch.

Vzhľadom na nenulové riziko zlyhania nosných rakiet treba počítať aj s možnými následkami. V roku 1973 padla sovietska sonda RORSAT s rádioaktívnym materiálom do Tichého Oceánu severne od Japonska. V roku 1978 zlyhala sovietska špionážna sonda Kozmos 954 a jej zbytky sa roztrúsili po území severnej Kanady. Na palube mala 50 kilogramov rádioaktívneho uránu 235. Sonda Kozmos 1402 padla do južného Atlantiku v roku 1983. Od roku 1988 mali satelity RORSAT ejekčný mechanizmus, ktorý v prípade problému katapultoval jadrový reaktor na vyššiu obežnú dráhu. Podľa Dohovoru o medzinárodnej zodpovednosti za škodu spôsobenú vesmírnym objektom z roku 1972 je za škodu zodpovedná krajina, ktorá kozmický objekt vypustila. Za incident Kozmos 954 kanadská vláda od Sovietskeho Zväzu žiadala kompenzáciu v hodnote 6 miliónov kanadských dolárov, pričom dostala 3 milióny. Proti sondám s jadrovým zdrojom energie sa už v minulosti často konali protesty. Napríklad, ľudskoprávni aktivisti protestovali proti štartu sond Galileo, Cassini alebo New Horizons.

Na porovnanie, pri veľkej spotrebe energie, typickej pri ľudských letoch, je plocha solárnych panelov enormná: Medzinárodná vesmírna stanica ISS má solárne panely s plochou 2500 metrov štvorcových, ktoré produkujú 80-120 kilowattov elektrickej energie. Solárne panely fungujú iba vtedy, keď na ne dopadá slnečné svetlo a ich efektivita závisí aj od uhla dopadajúceho žiarenia. ISS strávi polovicu so svojej 90-minútovej obežnej doby v tieni Zeme, typická noc na Marse trvá dvanásť hodín a na Mesiaci dva týždne. Solárne panely sú však užitočné iba vo vnútornej slnečnej sústave, keďže možnosti získavania solárnej energie klesajú v závislosti od vzdialenosti od Slnka.

Pre kozmické sondy do hlbokého vesmíru sa tak používajú často rádioizotopové termoelektrické generátory (RTG), ktoré generujú teplo rozpadom rádioaktívnych izotopov a premieňajú ho na elektrickú energiu. RTG bol použitý napríklad pri sondách Pioneer 10 a 11, Voyager 1 a 2, Galileo, Cassini, New Horizons  alebo pri sondách pre Mars Viking 1 a 2, či vozítko Curiosity. RTG však produkujú iba desiatky až dvesto kilowattov elektrickej energie. Kilopower pracuje na princípe jadrových elektrárni – riadenej štiepnej reakcie uránu 235. Prototyp KRUSTY je schopný dodávať 1 kilowatt elektrickej energie a bol úspešne testovaný na Zemi. Zariadenie je kompaktné, vysoké iba 1.9 metra a dodáva rádovo viac elektrickej energie, ako RTG.

Kilopower je vyvinutý tak, aby dokázal dodávať 1 až 10 kilowattov elektrickej energie po dobu 10 rokov. Štyri jednotky Kilopower tak predstavujú nutné minimum pre budúce ľudské misie pre Mesiac a Mars. Na Marse sa bude dať využiť už pred príchodom ľudí – môže vyrábať palivo, obytné moduly, podporu života a vozidlá. V prípade Marsu sa bude musieť Kilopower vysporiadať s 3/8 gravitáciou, riedkou atmosférou, jemným prachom a vetrom a svoju funkčnosť musí dokázať aj v kozmickom prostredí.

Participujúce agentúry: NASA’s Space Technology Mission Directorate’s Game Changing Development program, NASA’s Langley Research Center. NASA’s Glenn Research Center, NASA’s Marshall Space Flight Center, the Department of Energy (DOE) National Nuclear Security Administration, DOE laboratories: Los Alamos National Laboratory, Y-12 National Security Complex, the Nevada National Security Site.