Korišćenje nuklearnih reaktora u kosmosu nije baš donelo plodove do sada. Između 1967. i 1988. Sovjetski Savez je poslao 33 reaktora u kosmos, 31 tipa 'Бук' (БЭС-5) i 2 tipa 'Топаз-2' (ТЭУ-5 'Тополь'), dok su Amerikanci lansirali samo jednu vrstu, SNAP-10A (System of Nuclear Auxiliary Power), 1965. godine. Međutim, decenijama se pokušavalo oživljavanje dizajna reaktora koji bi mogao da se koristi van orbite. Ti sistemi bi našli primenu u napajanju električnih pogonskih motora (jonskih, ili plazmenih) koji bi pokretali orbitne tegljače ili sonde ka spoljnjem delu solarnog sistema, pa čak i u snabdevanju baza na Mesecu ili Marsu.
Prvi sovjetski kosmički nuklearni reaktor 'Топаз-1'. Lepo se vide valjci u reflektoru pomoću kojih se regulisala snaga. Električna snaga je bila 5 kW a toplotna 150 kW. Nosio je 11,5 kg urana-235. Težina motora je bila 980 kg.
Inače, ova tema me interesuje odavno. Prvi put sam o tome pisao pre desetak godina, a onda se vraćao temi u više navrata ('Istorijski razvoj nuklearnih energetskih uređaja i nuklearnih raketnih motora', 'Razvoj reaktora i motora', 'Katastrofa nuklearnog satelita 'Космос-954', 'Projekat Prometheus', itd.) Da nastavim tradiciju i vidimo šta ima novo na ovom polju.
Elem, od početka ovog veka SAD pokušavaju da pomenutu tehnologiju ubace u projekat 'Prometheus', ali bez puno uspeha. Međutim, Amerikanci nastavljaju da rade na razvoju nuklearnih reaktora za upotrebu u kosmosu, ponajviše zahvaljujući međuplanetnom programu 'Kilopower'. Sa druge strane, Rusija već više od decenije polako ali sigurno napreduje u svom megavatnom programu kosmičkih reaktora, iako nedostatak para značajno utiče na tempo projekta. U slučaju Evrope, mogli bi da kažemo da je javno mnjenje na kontinentu neprijateljski raspoloženo prema upotrebi nuklearne energije u kosmosu, iako ih, van Zemlje, zračenje iz reaktora ne brine mnogo (prirodno zračenje van niske Zemljine orbite znatno nadvladava one mrvice od beznačajno malog reaktora). Međutim, ESA nema pristup izvorima plutonijuma-238 potrebnog za izgradnju radioizotopskih generatora (RTG) neophodnih za istraživanje spoljnjeg solarnog sistema i drugih odredišta. Iz tog razloga je paradoksalno da je Evropi i tehnološki i politički lakše da napravi kosmički nuklearni reaktor umesto RTG-a baziranog na plutonijumu.
Koncept broda na nuklearni električni pogon (NEP) evropskog Projekta DEMOCRITOS. Reaktor snage 1 MW je skroz levo na vrhu. Trouglasta 'krila' su radijatori za hlađenje, koji treba da izrače oko 3 MW termalne energije reaktora. Skroz desno su ksenonski rezervoari i jonski motori.
 |
|
Projekat sovjetskog nuklearnog broda 'МКБС'. 1 – specmodul; 2 – transportni brod 'Союз 7K-C' (11Ф732); 3 – modul za pristajanje; 4 – modul sa naučnom i spec. opremom; 5 – istraživački modul; 6 – servisni modul; 7 – modul sa veštačkom gravitacijom; 8 – agregatni modul; 9 – prolazna komora pod pritiskom; 10 – laboratorijski modul; 11 – spojni čvor; 12 – nuklearni reaktor; 13 – plazmeni električni motori; 14 – modul za rad i život. Osnovne karakteristike: težina na radnoj orbiti zajedno sa transportnim brodom i specmodulom – 220-250 t; težina modulâ, lansiranih teškom raketom „H-1“ – 80 t i 88 t; težina naučne i specijalne aparature – 15-20 t; visina radne orbite – 400-450 km; nagib orbite – 97,5° i 51,5°; vreme eksploatacije – do 10 god.; posada – 6-10 (na kraće vreme); posete posadi – 2 puta/god.; osnovno napajanje – nuklearna enegrija; pomoćno – solarne baterije (140 m2 – 14 kW); snaga reaktora – 50-200 kW; poluprečnik okretanja modula – 20-30 m; brzina okretanja – 0,5°/sec; teža – 0,6-0,8 g; zapremina modula – 25-30 m3; broj modula – 2. Motori: potisak motora za korekciju orbite i parkiranje – 300-1.000 kg; potisak motora za orijentaciju – 10-40 kg; jonski motori za finu orijentaciju i održavanje visine – 100-300 gr; broj motornih klastera agregata – 8. |
Između 2013. i 2014. Evropa je bez velikih javnih odjeka sprovela studiju MEGAHIT – najviše u saradnji sa Keldišovim Istraživačkim centrom iz Moskve – radi procene tehnologija vezanih za izgradnju kosmičkog nuklearnog reaktora. Glavni cilj MEGAHIT-a je bilo proučavanje potrebnih koraka ka stvaranju reaktora koji bi mogao da napaja NEP pogonski sistem električnom energijom od jednog megavata, što je vrlo ambiciozno obzirom da američki projekat 'Kilopower' barata skromnim reaktorima od jednog do deset kilovata (radi poređenja, sovjetski 'Бук' i 'Топаз' su imali snagu od po 3 odn. 5 kW).
Reaktor će biti postavljen na relativno visoku orbitu (najmanje 800 km) da bi se izbeglo da se, u slučaju kvara, ne vrati na Zemlju još mnogo decenija ili vekova[1]. Reaktor će biti lansiran kao inertan (što znači bez emitovanja zračenja) te bi se spojio u kosmosu sa ostatkom broda i formirao letilicu tešku oko 20 tona. Studija je predvidela raznovrsnu primenu: kao gravitacioni traktori za preusmeravanje opasnih asteroida, misije na Evropu (Jupiter) ili Titan (Saturn), lunarne tegljače ili teretne brodove za postaje na Marsu.
Delovi nuklearnog broda iz studije MEGAHIT.
Fisioni reaktor za rad u kosmosu.
U ulozi gravitacionog traktora, nuklearni brod bi mogao da stigne do asteroida Apophis za 200 dana i ostajući ispred njega na 300 metara oko 40 dana da mu promeni orbitu. Ako bi bio upotrebljen za misiju na Evropu, brod od 3 do 10 tona bi stigao do cilja za samo tri godine zahvaljujući jonskim motorima (vrlo velikog specifičnog potiska). Godine 2015. započet je projekat DEMOCRITOS (DEMOnstrators for Core, Conversion, Radiator, and Innovative Thrusters for Orbiter deflection and Space exploration) kao nastavak MEGAHIT-a. DEMOCRITOS, predvođen pre svega moskovskim Keldišovim institutom, Francuzima (CNES), Nemcima (DLR), Talijanima ('Thales Alenia Space'), britanskom Nacionalnom nuklearnom laboratorijom i Evropskom naučnom fondacijom, završen je u aprilu 2017. godine stavljanjem u fokus potrebu za konstruisanjem nuklearnog reaktora snage jednog megavata električne snage (i više od dva megavata termalne) koji bi mogao da radi punom snagom makar pet godina.
Opšta arhitektura broda sa referencama i alternativnim tehnologijama.
Operacije i elementi reaktora.
Referentni dizajn DEMOCRITOS-a je bio reaktor koji za generisanje struje koristi Braytonov ciklus sa šest turbina na helijum-ksenon na temperaturi od 1.000°C (sovjetski reaktori su bili bez pokretnih delova da bi pouzdanije radili). Planirano je da se hladi litijumom ili mešavino helijum-ksenona. Tehnološki demonstrator će na zemlji stvarati oko sto kilovata. Operativni brod će biti spreman da 2030. ili 2040. osvoji Sunčev sistem.
Pogled s boka na DEMOCRITOS.
Nažalost, svi indikatori pokazuju da ostavština DEMOCRITOS-a neće stići nikud zbog političkih trvenja – svih sem Francuza – i pogoršanja odnosa sa Rusijom u poslednjih nekoliko godina, ključnog partnera u programu. A cenu ne treba ni pominjati: samo proizvodnja prototipa na zemlji bi koštala između 50 i 70 miliona evra. Bilo kako bilo, već i sama činjenica da se slična inicijativa proučava u Evropi vrlo je značajna stvar. Izgleda da ćemo morati da još malo čekamo na ponovno rađanje nuklearnog reaktora u kosmosu.
Dok ne stignu reaktori za kosmos, biće njihovih rođaka na Zemlji.
Reference:
- http://anstd.ans.org/wp-content/uploads/2015/07/5016_Masson-et-al.pdf
- http://elib.dlr.de/103067/1/NETS_2015_article_democritos_v3.pdf
- http://www.astronomija.org.rs/istorija/4636-istorijski-razvoj-nuklearnih-energetskih-ureaja-i-nuklearnih-raketnih-motora.html
- http://www.astronomija.org.rs/misije/11143-project-prometheus
- http://www.astronomija.org.rs/istorija-70162/10655-katastrofa-nuklearnog-satelita-954
- http://www.astronomija.org.rs/istorija-70162/4572-razvoj-reaktora-i-motora
[1] Nema veze s temom, ali da kažem jer je interesantno: satelit koji najduže boravi u orbiti je američki 'Vanguard 1'. Lansiran je pre tačno 60 godina kao odgovor na sovjetski 'Sputnik'! To je aluminijumska lopta, teška samo 1,47 kg. Bio je to 4. satelit u istoriji, i prvi koji je imao male solarne ćelije. Radio je samo prvih 6 godina...
, 
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
