Energetyka: Trwają prace badawcze nad przyszłymi rakietami wykorzystującymi syntezę jądrową

Przyznane dofinansowanie oscyluje w granicach od 1,5 mln do ponad 33 mln zł. Najwyższe – ponad 33 mln zł - otrzymał projekt konsorcjum SatRevolution oraz Politechniki Wrocławskiej

Przed przyszłymi misjami kosmicznymi otwierają się nowe możliwości dzięki technologii jądrowej, stwierdzili eksperci biorący udział w webinarium Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej - informuje portal Polski Atom.

- Technologie jądrowe od dawna odgrywają kluczową rolę w ważnych projektach kosmicznych, ale przyszłe misje mogą polegać na systemach napędu jądrowego w znacznie szerszym spektrum zastosowań – nasza droga do gwiazd przebiega poprzez atom – powiedział cytowany rzez Plski Atom Michaił Chudakow, zastępca dyrektora generalnego MAEA.

Dyrektor Chudakow przemawiał podczas wirtualnego seminarium MAEA – Atoms for Space: Nuclear Systems for Space Exploration – w którym wzięło udział 500 osób z 66 krajów.

- Przyszłe załogowe misje międzyplanetarne prawie na pewno będą wymagały układów napędowych o wydajności znacznie przewyższającej dzisiejsze najlepsze silniki chemiczne – powiedział William Emrich, były główny inżynier w NASA.

Hui Du z Pekińskiego Instytutu Inżynierii Systemów Pojazdów Kosmicznych, powołując się na badanie Chińskiej Akademii Technologii Kosmicznych, powiedział: - W przypadku misji kosmicznych, które wymagają wysokiej mocy elektrycznej, takich jak misja na Marsa lub promy kosmiczne, system zasilania wykorzystujący reaktor jądrowy może być bardzo konkurencyjnym wyborem.

Jakie są opcje energetyki jądrowej? Jedną z nich - według portalu - jest jądrowy napęd termiczny, który wykorzystuje rozszczepieniowy reaktor jądrowy do wytwarzania ciepła z paliwa uranowego. Ta energia cieplna podgrzewa ciekły gaz pędny, zwykle ciekły wodór, który rozszerza się w gaz i jest wyrzucany z dyszy rakiety, wytwarzając siłę ciągu i napędzając statek kosmiczny. Rakiety z napędem NTP zapewniają od dwóch do trzech razy większą wydajność niż model chemiczny. W porównaniu do tradycyjnych rakiet chemicznych może to skrócić czas podróży na Marsa nawet o 25 proc. Za pomocą tej technologii można będzie przenieść astronautów na Marsa i z powrotem w mniej niż dwa lata.

- Inną opcją jest jądrowy napęd elektryczny (nuclear electric propulsion, NEP). System NEP wykorzystuje reaktor jądrowy do wytwarzania energii elektrycznej, która zasila układ elektromagnetyczny przyspieszający jony do wielkich prędkości (silnik jonowy). Jony te podczas przejścia przez dyszę są neutralizowane i wytwarzają strugę atomów elektrycznie obojętnych, która opuszczając rakietę wytwarza siłę ciągu. Tego typu systemy są jednak bardzo masywne, ciąg silnika jest w związku z tym mały, a więc i przyspieszenie też jest niewielkie. Sprawdza się szczególnie w długotrwałych misjach cargo do odległych planet, jako że może pracować przez znacznie dłuższy czas niż układy chemiczne czy NTR. Siła ciągu tej metody jest mniejsza, ale ciągła, a przy znacznie większej wydajności paliwowej pozwala uzyskiwać większe prędkości i może skrócić o 60 proc. czas podróży na Marsa w porównaniu do tradycyjnych rakiet chemicznych - informuje portal.

Czytamy na nim, że trwają również prace badawcze nad przyszłymi rakietami wykorzystującymi syntezę jądrową, mające napęd termojądrowy (direct fusion drive, DFD), który bezpośrednio przekształcałby energię naładowanych cząstek wytwarzanych w reakcjach syntezy jądrowej na napęd pojazdu kosmicznego.

A co z innymi zastosowaniami energii jądrowej w kosmosie? Oprócz zapewniania siły ciągu rakietom, istnieje również zapotrzebowanie na energię elektryczną na pokładzie statków kosmicznych, a reaktory jądrowe mogą być również wykorzystywane do zapewnienia astronautom energii elektrycznej podczas długich misji eksploracyjnych lub długotrwałych pobytów w siedzibach ludzkich na innych planetach.

- Priorytetem NASA pozostaje zaprojektowanie, zbudowanie i zademonstrowanie jądrowego systemu zasilania powierzchniowego w oparciu o paliwo z nisko wzbogaconego uranu, który ma mieć szerokie zastosowanie do pracy na powierzchni Księżyca, a także podczas ewentualnej misji załogowej na Marsa. System ten byłby skalowalny do poziomów mocy powyżej 100 kWe i ma mieć potencjał do zaspokojenia potrzeb systemu NEP – powiedział cytowany przez Polski Atom Anthony Calomino, menedżer ds. kosmicznych technologii jądrowych w NASA.

- Wykorzystanie reaktorów rozszczepieniowych, w których zachodzi ciągła reakcja łańcuchowa przez wiele lat, jest nieuniknione zarówno w przypadku napędu kosmicznego, jak i pozaziemskiej mocy powierzchniowej -  powiedział Vivek Lall, dyrektor generalny General Atomics Global Corporation.

- Kwestia umieszczenia technologii jądrowych w kosmosie oraz ich wykorzystanie do różnych celów, zarówno przez podmioty komercyjne, jak i państwa narodowe, były tematami omawianymi na posiedzeniu podkomitetu naukowo-technicznego Biura ONZ ds. Przestrzeni Kosmicznej - czytamy.

W dokumencie roboczym Komitetu ds. Pokojowego Wykorzystania Przestrzeni Kosmicznej, przygotowanym przez Wielką Brytanię i Europejską Agencję Kosmiczną, odnotowano, że od 2010 r. grupa robocza podkomitetu odnosi sukcesy w promowaniu bezpiecznego wykorzystania źródeł energii jądrowej w przestrzeni kosmicznej wśród państw zainteresowanych korzystaniem z takich aplikacji.