Již v raných fázích vývoje raketového a vesmírného průmyslu se objevily první návrhy na využití různých jaderných technologií. Byly navrženy a zpracovány různé technologie a jednotky, ale pouze některé dosáhly skutečného provozu. Do budoucna se očekává zavedení zásadně nových řešení.
První ve vesmíru
V roce 1954 byl v USA vytvořen první radioizotopový termoelektrický generátor (RTG nebo RTG). Hlavním prvkem RTG je radioaktivní izotop, který se přirozeně rozkládá uvolňováním tepelné energie. Pomocí termočlánku se tepelná energie přeměňuje na elektrickou energii, která je dodávána spotřebitelům.
Hlavní výhodou RTG je možnost dlouhodobého provozu se stabilními charakteristikami a bez údržby. Životnost je určena poločasem rozpadu vybraného izotopu. Současně se takový generátor vyznačuje nízkou účinností a výstupním výkonem a také potřebuje biologickou ochranu a příslušná bezpečnostní opatření. RTG však našly uplatnění v řadě oblastí se speciálními požadavky.
V roce 1961 byl v USA vytvořen RTG typu SNAP 3B s 96 g plutonia-238 v kapsli. Ve stejném roce se na oběžnou dráhu dostal satelit Transit 4A vybavený takovým generátorem. Stala se první kosmickou lodí na oběžné dráze Země, která využívala energii jaderného štěpení. V roce 1965 vypustil SSSR satelit Kosmos-84, jeho první zařízení Orion-1 RTG využívající polonium-210.
Následně obě supervelmoci aktivně využívaly RTG k vytváření vesmírné technologie pro různé účely. Například řada roverů Marsu v posledních desetiletích byla poháněna rozpadem radioaktivních prvků. Podobně je zajištěno napájení misí vzdalujících se od Slunce.
Již více než půl století RTG prokazují své schopnosti v řadě oblastí, vč. v kosmickém průmyslu, přestože zůstaly specializovaným nástrojem pro konkrétní úkoly. V takové roli však generátory radioizotopů přispívají k rozvoji průmyslu, výzkumu atd.
Jaderná raketa
Přední země začaly brzy po zahájení vesmírných programů řešit otázku vytvoření jaderného raketového motoru. Byly navrženy různé architektury s různými provozními principy a různými výhodami. Například v americkém projektu Orion byla navržena kosmická loď, která ke zrychlení využívá rázovou vlnu nízkoenergetických jaderných hlavic. Rovněž byly zpracovávány návrhy známějšího vzhledu.
V padesátých a šedesátých letech NASA a související organizace vyvinuly motor NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Jeho hlavní součástí byl jaderný reaktor s otevřeným cyklem. Pracovní tekutina ve formě kapalného vodíku musela být ohřívána z reaktoru a vytlačována tryskou, čímž se vytvořil tah. Jaderný motor tohoto druhu byl konstrukčně výkonnější než tradiční systémy chemických paliv, přestože byl v provozu nebezpečnější.
Projekt NERVA byl přiveden k testu různých komponent a celé sestavy. Během testů byl motor zapnut 28krát a pracoval téměř 2 hodiny. Charakteristiky byly potvrzeny; nebyly žádné významné problémy. Projekt se však nedočkal dalšího vývoje. Na přelomu šedesátých a sedmdesátých let byl americký vesmírný program vážně omezen a od motoru NERVA bylo upuštěno.
Ve stejném období byla podobná práce prováděna v SSSR. Slibný projekt navrhl použití motoru s reaktorem, který ohřívá pracovní tekutinu ve formě kapalného vodíku. Na počátku šedesátých let byl pro takový motor vytvořen reaktor a později byly zahájeny práce na zbývajících blocích. Po dlouhou dobu pokračovalo testování a vývoj různých zařízení.
V sedmdesátých letech hotový motor RD-0410 prošel řadou palebných zkoušek a potvrdil hlavní charakteristiky. Projekt se však nedočkal dalšího vývoje kvůli vysoké složitosti a rizikům. Domácí raketový a vesmírný průmysl nadále používal „chemické“motory.
Vesmírné remorkéry
V průběhu dalších výzkumných a projekčních prací ve Spojených státech a u nás dospěli k závěru, že je nevhodné používat motory typu NERVA nebo RD-0410. V roce 2003 NASA začala testovat zcela novou architekturu kosmické lodi s jadernou elektrárnou. Projekt dostal název Prometheus.
Nový koncept navrhoval stavbu kosmické lodi s plnohodnotným reaktorem na palubě, zajišťující elektřinu, a také iontový proudový motor. Takový přístroj by mohl najít uplatnění v dálkových výzkumných misích. Vývoj „Promethea“se však ukázal být neúměrně drahý a výsledky se očekávaly až ve vzdálené budoucnosti. V roce 2005 byl projekt uzavřen pro nedostatek vyhlídek.
V roce 2009 začal vývoj podobného produktu v Rusku. „Transportní a napájecí modul“(TEM) nebo „vesmírný remorkér“má přijmout jadernou elektrárnu megawattové třídy spojenou s iontovým motorem ID-500. Kosmická loď je navržena tak, aby byla sestavena na oběžné dráze Země a použita pro přepravu různých nákladů, zrychlení jiných kosmických lodí atd.
Projekt TEM je velmi složitý, což ovlivňuje jeho náklady a načasování. Kromě toho došlo k mnoha organizačním problémům. Nicméně v polovině desetin byly jednotlivé komponenty TEM odebrány k testování. Práce pokračují a v budoucnu mohou vést ke vzniku skutečného „vesmírného remorkéru“. Konstrukce takového aparátu je plánována na druhou polovinu dvacátých let; uvedení do provozu - v roce 2030
Při absenci vážných potíží a včasném splnění všech plánů se TEM může stát prvním produktem své třídy na světě, který bude uveden do provozu. Současně existuje určitá časová rezerva, přičemž je vyloučena možnost včasného vystoupení konkurentů.
Perspektivy a omezení
Jaderné technologie jsou velkým zájmem raketového a kosmického průmyslu. V první řadě mohou být užitečné elektrárny různých tříd. RTG již našly uplatnění a v některých oblastech jsou pevně zakořeněny. Plnohodnotné jaderné reaktory se kvůli velkým rozměrům a hmotnosti zatím nepoužívají, ale na lodích s takovým vybavením již vývoj probíhá.
Přední vesmírné a jaderné velmoci již několik desetiletí vypracovaly a v praxi vyzkoušely řadu originálních nápadů, určily jejich životaschopnost a našly hlavní oblasti použití. Takové procesy pokračují dodnes a pravděpodobně brzy přinesou nové výsledky praktické povahy.
Je třeba poznamenat, že jaderné technologie se v kosmickém sektoru nerozšířily a tato situace se pravděpodobně nezmění. Zároveň se v určitých oblastech a projektech ukazují jako užitečné a slibné. A právě v těchto mezerách se již realizuje dostupný potenciál.
