Začíná éra jaderného pohonu ve vesmíru?

NASA připravuje revoluční motor, který posune kosmonautiku o velký kus dopředu. Obrovské kosmické sondě JIMO dá sílu jaderný reaktor. Start je naplánován na rok 2015.NASA připravuje revoluční motor, který posune kosmonautiku o velký kus dopředu. Obrovské kosmické sondě JIMO dá sílu jaderný reaktor. Start je naplánován na rok 2015.

Současný chemický pohon raket a kosmických lodí celkem postačuje k cestám do blízkého okolí Země, na mise do odlehlejších koutů sluneční soustavy se ale moc nehodí. Může sice poskytnout velký výkon, ale jen na krátkou dobu, ale i na to musí nést obrovské množství paliva a okysličovadla.

Jedním z možných řešení je iontový motor, kde nabité částice pracovního média urychluje elektrické pole. Takový pohon může dávat stálý tah po velmi dlouhou dobu a umožňuje také manévrování, jaké dosud nebyly možné. V současnosti se zkouší na několika sondách, kde jsou zdrojem elektrické energie fotovoltaické panely.
Při cestách dál od Slunce ale nebudou stačit. A tak se zrodil návrh mise JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter – Oběžnice ledových měsíců Jupitera), kdy sondě dá sílu jaderný reaktor. Na dnešní poměry obrovská kosmická sonda s atomovým pohonem má dlouhodobě operovat v okolí velkých měsíců Jupitera.

Problémem je pohon

Dnešní vesmírné sondy se pohybují neměnnou rychlostí po drahách, na nichž se spotřebuje co nejméně energie. Co příliš nevadí u robota, stává se téměř nepřekonatelnou překážkou při pilotované výpravě, kdy je navíc ještě potřeba počítat se zpáteční cestou. Klade to mimořádné nároky na zásoby, na systémy udržující životní podmínky, na hmotnost a rozměry lodě a v neposlední řadě i na zdraví a psychiku astronautů.
Kdyby však mohla kosmická loď letět přímo a navíc polovinu cesty zrychlovat a druhou polovinu brzdit, zkrátila by se doba letu k Marsu na týdny a k velkým planetám na měsíce. Navíc by zrychlení a zpomalení vytvářelo na palubě po většinu letu umělou gravitaci.  

Má to jen jeden háček, spotřeba klasického paliva by byla tak obrovská, že takové plavidlo v praxi nejde sestrojit. Pro pilotované výpravy k planetám proto nebude možné používat chemické raketové motory, ale tzv. fyzikální. Mezi nejnadějnější  koncepce patří jaderný pohon.

Předčasně ukončený projekt 

To, že kosmické lodě pro vzdálené výpravy musí pohánět síla atomu, věděli spisovatelé sci-fi už dávno. Jenže v praxi se konstrukci rakety na jaderný pohon postavila do cesty celá řada nečekaných překážek. 
Již v 60. letech pracovali Američané na nukleárním motoru NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Miniaturizovaný a značně odlehčený reaktor v tyčovém uspořádání zahříval vodík, přičemž se předpokládalo, že motor bude pracovat pouze v kosmickém vakuu, tedy na posledních stupních raket či v meziplanetárních plavidlech. Práce na projektu sice ukázaly, že cesta je správná, ale během dramatických škrtů, které postihly americkou astronautiku v 70. letech  vzal za své i tento projekt.

Američané se však snahy o vývoj nukleárního pohonu nevzdali. Již koncem osmdesátých let zahájil Pentagon tajné projektové práce na novém motoru Timberwind. Vývoj probíhal v laboratořích US Air Forces ve městě Albuquerque v Novém Mexiku, kde jsou americké laboratoře jaderného výzkumu. Objednávka zřejmě vznikla především na základě programu “hvězdných válek” presidenta Ronalda Regana. S koncem studené války však zájem i o tento projekt poněkud ochladl.
Jaderný kosmický pohon vyvíjeli i Rusové, přičemž jejich koncepce se značně podobala projektu NERVA – a měla i podobný osud.

Prométheus bude hledat život

Projekt NERVA počítal s přímým ohřevem pracovní látky v jaderném reaktoru. Později však začala převládat koncepce kombinující reaktor jako zdroj elektrické energie s iontovým motorem, kde je elektricky nabitá pracovní látka (plazma) urychlována v elektrostatickém nebo elektromagnetickém poli.
Malé motory tohoto typu se už s úspěchem používají na satelitech i několika meziplanetárních sondách. Ve výkonu je ale omezuje skutečnost, že jako zdroj energie slouží solární fotovoltaické panely. Teprve jaderný reaktor jim umožní dosáhnout výkonu potřebného pro skutečně velké výpravy. První takovou lodí by měla být obří sonda JIMO, která by měla být čtyřikrát až pětkrát větší než současné sondy. Jde o první stroj projektu Prometheus, zaměřeného na využití jaderné energie při kosmických výpravách.

JIMO ale není jen technologický experiment. Má i vzrušující cíl v podobě hledání života ve vesmíru. “Sonda Galileo přinesla důkazy toho, že Jupiterovy velké ledové měsíce obsahují tři základní ingredience nezbytné pro existenci života: vodu, energii a potřebné chemické prvky,” můžeme se dočíst na oficiálních webových stránkách Jet Propulsion Laboratory, jednoho z pracovišť NASA. “Informace z Galilea také nasvědčují, že na měsíci Europa byla tekutá voda v kontaktu s povrchem v geologicky téměř současné době a stále ještě může být relativně nehluboko. Výzkumy Kalista a Ganymedu pak mohou dát srovnání potřebné pro pochopení vývoje těchto ledových světů.” Některé údaje z Galilea ale naznačují, že vrstva tekuté vody (a tedy i život) by mohla být i na těchto tělesech.

Přednost dostal jaderný pohon

Výzkumy sondy Galileo omezoval nedostatek energie. To platí i pro další současné sondy k vnějším planetám, kde již nelze spoléhat na sluneční panely. Například malá plutoniová baterie sondy Cassini, zkoumající nyní Saturn a jeho měsíce, má celkový výkon pouhých 900 wattů, což by nestačilo ani na pohon průměrného vysavače.
Naproti tomu již jen samotný přelet mezi ledovými měsíci v gravitačním poli gigantického Jupitera je energeticky nesmírně náročný. A to ještě musí zbýt dost síly pro vědecké a palubní přístroje. NASA sice původně připravovala misi Europa Orbiter, podrobnější studie ale ukázala, že klasickými prostředky by šlo k tak vzdálenému cíli dopravit jen velmi malý vědecký náklad. Přednost proto dostala koncepce jaderné lodi JIMO. NASA již dokonce uzavřela kontrakt s firmou Boeing na studii jaderného kosmického pohonu pro tuto sondu. 

Srdce lodi, jaderný pohon, dostalo na starost oddělení námořních reaktorů. Předurčují jej k tomu zkušenosti s pohonem jaderných ponorek a letadlových lodí. Naproti tomu NASA si bere na starost vývoj ovládacího softwaru, prověření souladu mezi pohonem a vědeckým nákladem v podmínkách vesmíru a vypuštění ze Země. Na konci cesty by měl být revoluční motor, který posune kosmonautiku o velký kus dopředu.

Vesmírná odysea 2015

Sonda JIMO má s projektem NERVA společný vlastně jen zdroj energie v podobě reaktoru. Jinak se ale podobá spíše kosmické lodi Discovery, jak ji popsal Arthur C. Clarke ve svém slavném románu (a filmu) 2001: Vesmírná odysea. 
Reaktor má produkovat teplo, které se bude přeměňovat na elektrickou energii. Výkon postačí nejen pro silný iontový motor, ale i pro mohutné vědecké přístroje a přenos dat s vysokou kapacitou. Odpadnou tak prakticky všechny problémy, kterými trpěla mise Galileo: krátké doby průletů kolem měsíců, omezené schopnosti vědeckého nákladu a potíže s přenosem dat.

Jako nejpravděpodobnější rok startu se udává 2015, u tak rozsáhlého projektu ale nelze vyloučit mnohaletý skluz. Pak by měl silný raketový nosič poháněný klasickým chemickým motorem vynést těžkou sondu na oběžnou dráhu kolem Země, kde se zažehne jaderný pohon. Díky jeho neustálé činnosti dostane dráha podobu stále širší spirály, až se nakonec plavidlo odpoutá od Země a zamíří k Jupiteru. Tam by mělo dorazit po šesti až osmi letech.
Prvním navštíveným měsícem bude Kalisto, u nějž se sonda zdrží asi 8 měsíců. Stejně dlouho pak pobude také u Ganymeda. Nakonec zaparkuje u Evropy, kde jsou naděje na objevení života největší.

Co chystá JIMO?

Jaderný pohon umožní nejen vysokou manévrovací schopnost, ale i plnění podstatně náročnějších výzkumných úkolů. U předešlých sond totiž měly vědecké přístroje k dispozici výkon, který je srovnatelný se spotřebou stolní lampičky, zatímco nukleární reaktor JIMO nabídne přinejmenším desítky kilowatů. A s tím už se dá něco dělat. Na palubě jaderných sond bude například možné umístit nejen radar pronikající ledem, ale později i lasery a elektromagnetická děla pro ostřelování povrchu zkoumaných těles. Citlivé analyzátory pak provedou rozbor uvolněných plynů a prachu.
Od sondy JIMO se, kromě celé řady dalších měření, očekává především zjištění tloušťky ledové vrstvy měsíců, hloubky tekutého oceánu a nalezení míst, kde je povrchová krusta nejtenčí. Mimo jiné tak vytipuje místa přistání pro roboty, které se později pokusí do vody proniknout a hledat tam život. Není však vyloučeno, že přistávací modul bude už přímo na palubě JIMO.

Projekt JIMO bude muset ještě projít očistcem rozpočtových škrtů a protestů proti jadernému zdroji. NASA proto v současnosti financuje i rozsáhlé studie, které mají upozornit na možná rizika a předejít jim. Pokud se ale mise opravdu uskuteční, posune vědu o pořádný kus kupředu.

Sonda JIMO (Jupiter Icy Moons)

délka:  asi 20 až 30 metrů
hmotnost:  asi 20 tun

celková hmotnost vědeckých přístrojů:  okolo 1500 kg
elektrický výkon reaktoru:  asi 100 kW

celkový příkon vědeckých přístrojů:  40 kW
předpokládaný start:  po roce 2012

celková délka mise:  nejméně 12 let

Jupiterovy ledové měsíce

jméno    průměr   střední hustota   doba jednoho oběhu
Europa  3138 km  3,01 g/cm3   3,55 pozemského dne

Ganymed   5262 km   1,9 g/ cm3   7,16 dne
Kalisto  4800 km  1,8 g/ cm3   16,69 dne

Jak pracuje iontový motor?

1. do nabíjecí komory je vstřikována pracovní látka (např. vodík, xenon atd.)
2. zde pomocí elektrické energie z jaderného nebo solárního zdroje dojde k odštěpení elektronů (například prostřednictvím vysokofrekvenčního elektromagnetického záření), z atomů se stávají ionty

3. ionty jsou pomocí elektrostatického pole urychleny na 40 až 60 km/s
4. když opouštějí trysku, jsou elektricky neutralizovány přidáním elektronů, aby nedocházelo k elektrickému nabíjení kosmické sondy

Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Šest desítek let kontejnerové přepravy

Šest desítek let kontejnerové...

Svět křižují miliony a miliony přepravních kontejnerů. Brázdí moře a oceány,...
Zoologická zahrada protestně spálila rohovinu

Zoologická zahrada protestně...

Zoologická zahrada ve Dvoře Králové nad Labem dnes znovu po třech letech zorganizovala...
Jak se těží český granát?

Jak se těží český granát?

České granáty jsou díky své krvavě červené barvě nezaměnitelné a po špercích z nich...
Tesla neprodává jen špičkové elektromobily. Nyní instaluje i první solární střechy

Tesla neprodává jen špičkové...

V garáži bourák na elektřinu, ve sklepě domácí baterie na ukládání energie...
Navštívili jsme výstavu Fenomén Masaryk

Navštívili jsme výstavu Fenomén...

Včera tomu bylo přesně 80 let, co zemřel první československý prezident Tomáš...
Raci hlídají kvalitu piva

Raci hlídají kvalitu piva

Je to až s podivem, ale tým vědců z Jihočeské univerzity začal v rámci...
Vědci zkoumali, jak přežívají plži v trávicím traktu ptáků

Vědci zkoumali, jak přežívají plži v...

Jeden ryze český výzkum ukázal, že se ptáky nechávají v trávicím traktu...
Objeví se robotické šperky a doplňky?

Objeví se robotické šperky a...

Specialisté vyvíjejí stále nové ať již praktické nebo nepraktické technologické novinky. Nad...
Profesor Hobza se stal laureátem Schrödingerovy medaile

Profesor Hobza se stal laureátem...

Profesor Pavel Hobza z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR se stal laureátem...
Záhada modrých psů

Záhada modrých psů

Již od poloviny srpna koluje sociálními sítěmi informace o volně pobíhajících psech...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Želví krunýř: Tank stvořený přírodou!

Želví krunýř: Tank stvořený...

Pomalost, dlouhověkost, ale hlavně krunýř. To jsou typické znaky želv. Proč je...
Proč Isaac Newton přišel při bankovním krachu o všechno?

Proč Isaac Newton přišel při...

Angličané po skončení španělské války jsou lační zisků. Bezmyšlenkovitě vkládají...
Kdy začal člověk nadávat?

Kdy začal člověk nadávat?

Pořádné peprné zaklení zřejmě znali už dávní předci člověka. Je dokonce...
Ztracená stavba: Existoval labyrint velkolepější než gízské pyramidy?

Ztracená stavba: Existoval labyrint...

Stavitelskému umění starověkých Egypťanů se obdivovali již dávní Řekové a...
Zpívající herec: Basák Billy Bob Thornton

Zpívající herec: Basák Billy Bob...

Herec Billy Bob Thornton (*1955) má na kontě nejen...
Tajemství parního stroje: Krok k průmyslové revoluci!

Tajemství parního stroje: Krok k...

James Watt (1736–1819) nebyl prvním mechanikem, který chtěl přimět páru k...
Šílenství ve Rwandě: 800 000 mrtvých za 100 dní!

Šílenství ve Rwandě: 800 000...

Městečko Kibeho najdete na jihu africké Rwandy. 22. dubna 1995 se tahle malá...
Leží ve štolách nedaleko Prahy stovky beden nacistického zlata? Možná ano!

Leží ve štolách nedaleko Prahy...

V českých zemích bylo od 18. století dodnes objeveno více než 4500...
Pozor! Na těchto místech prý lze vkročit do jiné dimenze

Pozor! Na těchto místech prý lze...

Mladí lidé se utáboří mezi kameny. V noci zuří strašlivá bouře. Chvíli se ozývá...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.