Jaderná energie v kosmickém výzkumu

Světový kosmický týden 2004 Hvězdárna Vsetín

Jaderná energie v kosmickém výzkumu minulost, současnost, budoucnost

Martin Zapletal 2004

Základy jaderné fyziky



Použití jaderné technologie v kosmonautice Jaderná technologie Radioizotopové termoelektrické generátory RTG Zdroj energie Pohon

Jaderné reaktory

Zdroj energie

Pohon

Radioizotpové topné jednotky RHU Zdroj tepla

Radioizotopové termoelektrické generátory (RTG) – fungují na principu samovolného rozpadu nestabilních izotopů – nejčastějším používaným radioizotopem je plutonium – k termoelektrické konverzi se používá polovodičů – USA použily tento zdroj 24 - krát za posledních 30 let – použito např. u sond Voyager 1,2; Pioneer 10,11; lodě Apollo; Viking Lander 1,2; Galileo, Cassini, v blízké budoucnosti New Horizons

Radioizotopové termoelektrické generátory (RTG)

Heat source = RTG




RTG/iontové motory

RTG/sondy

Jaderné reaktory – zdroje energie – jde v podstatě o stejný princip jako u pozemských atomových elektráren – na rozdíl od nich nepoužívají vodu pro převod energie z reaktoru do generátoru, ale podobně jako RTG přímou termoelektrickou konverzi – Pozn:SAFE 400

Jaderné reaktory – zdroje energie Heat source = jaderný reaktor

Jaderné reaktory – raketové motory – v tomto případě je reaktor použit k zahřívání pracovní látky – jako pracovní látka se nejčastěji používá vodík – vodík je hnán do prostoru reaktoru, kde se rozpíná, prochází tryskou, urychluje na nadzvukovou rychlost a opouští motor

Jaderné reaktory – raketové motory

Jaderné reaktory – raketové motory – a) JRM s pevným jaderným palivem (pevnou aktivní zónou) – b) JRM s kapalnou aktivní zónou (s kapalným jaderným palivem) – c) JRM s plynnou aktivní zónou – d) kombinované JRM – e) jaderné elektrické motory

Historie jaderných raketových motorů - USA – 1953 – Robert Bussard publikoval v Journal of Reactor

– – – –

Science and Technology studii nukleárního reaktoru s přímým ohřevem vodíku 1955 – začátek financování vývoje takovéhoto motoru v rámci projektu Rover 1959 – první zkouška reaktoru Kiwi A-1 (70 MW), další dvě v roce 1960 1962 – poškozeny reaktory Kiwi B (1100 MW) 1964 – odzkoušeny další reaktory série Kiwi

Historie jaderných raketových motorů - USA – září 1964 – NRX A-2 (Nuclear Rocket Experiment), model NRX A-3 odzkoušen třikrát, dvakrát s restartem – 1965 – Phoebus 1-A (1100 MW) – 1967 – Phoebus 1-B (1500 MW) – 1968 – Phoebus 2-A (12 min. při 4000 MW) – 20.3.1969 – první test XE, už z projektu NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application), do září další tři testy – od XE už měl být odvozen operační motor NERVA,ten měl být použit v RIFT (Reactor in Flight Test), který měl zaměnit poslední stupeň S-4B rakety Saturn 5

Historie jaderných raketových motorů - USA – v roce 1970 byl projekt NERVA již ve stadiu detailního návrhu – v průběhu let 1971 -1972 NASA (resp. USA) opustil plány na pilotovaný let k Marsu, což vedlo k postupnému utlumování projektu, až byl nakonec v roce 1972 opuštěn – polovina 80. let zahájilo americké ministerstvo energetiky (DoE) vývoj SNTP (Space Nuclear Thermal Propulsion) v rámci projektu SDI (strategic defence iniciative), v roce 1993 kdy poklesl zájem o SDI – společnost Plus Ultra Technologies vyvíjí MITEE (MIniature reacTor EnginE),

Historie jaderných raketových motorů - USA NERVA

Historie jaderných raketových motorů - USA

Historie jaderných raketových motorů - USA

Historie jaderných raketových motorů - SSSR – 1961 - 1963 – konstrukční kanceláře Bondarjuka a Gluška pracovaly na projektech JRM horních stupních raket, pracujících s kapalným vodíkem – 1963 – Koroljov žádal detailnější rozpracování pro využití v raketě N-1 – tyto projekty byly zastaveny kvůli Koroljevovi, který prosazoval iontiové motory – 60. a 70. léta - Čelomejova skupina pracovala na UR-700, která byla uvažována jako náhrada za konvenční N-1 a která měla mít v posledním stupni JRM RD-0410 – RD - 0410 byl velmi podobný americkým JRM NERVA

Historie jaderných raketových motorů - SSSR – 1971 – otestován prototyp JRM, do roku 1988 bylo bez problémů simulováno 30 letů – během 70. let byly práce na raketě UR -700 M zastaveny a projekt zrušen kvůli používání toxického paliva v prvním i druhém stupni – v 80. Letech projekt JRM TOPAZ, ty byly použity v družicích PLASMA - A

Historie jaderných raketových motorů - SSSR

Historie jaderných raketových motorů - SSSR

Současnost – projekt Prometheus (USA), je rozdělen do dvou směrů: – a) vylepšování RTG, jde jednak o vývoj MMRTG (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator) a SRG (Stirling Radioisotope Generator) – b) využívání jaderných reaktorů jako zdrojů energie, jednak pro napájení palubních systémů, jednak pro napájení iontových motorů

Budoucnost – jedním z „produktů“ projektu Prometheus má být jeho předváděcí akce JIMO – JIMO (Jupiter Icy Moon Orbiter) je meziplanetární sonda určená, jak už název napovídá, k průzkumu jupiterových ledových měsíců Europa, Kallisto a Ganymedes

JIMO

JIMO

Blokové schéma sondy JIMO

JIMO

Ještě vzdálenější budoucnost

Zdroje a reference NASA – http://www.nasa.gov JPL – http://www.jpl.nasa.gov Kosmo.cz – http://www.kosmo.cz Astronautix.com – http://www.astronautix.com Nuclear.gov – htttp://nuclear.gov Space.com – http://www.space.com Nuclearspace.com – http://www.nuclearspace.com Spaceflightnow.com – http://www.spaceflightnow.com Department of Energy (DoE) – http://www.doe.gov ČEZ a.s. – http://www.cez.cz Kronika techniky (Fortuna Print, 1999)

KONEC

Jaderná energie v kosmickém výzkumu

Recommend Documents