Pracuje Rusko na jaderném kosmickém tahači?

Po letech prakticky úplného mlčení se ruský výrobce armádních družic rozhodl zveřejnit první obrázky obřího kosmického transportéru, který vzniká ve výrobním závodě v St. Petersburgu. Konstrukční kancelář KB Arsenal, která slouží jakožto přední dodavatel celého projektu, je známá především díky svým družicím s jaderným zdrojem, z nichž jedna dopadla v roce 1977 do arktických oblastí Kanady. Na internetu se v nedávné době objevila série fotografií a počítačově vytvořených vizualizací, které pochází právě od KB Arsenal. Je na nich jasně vidět nejnovější verze plánovaného a opravdu hodně velkého kosmického tahače, který by měl využívat iontové motory krmené jaderným zdrojem.

Hlavní rozložitelná část těla TEM má být vyrobena z kompozitů, které jsou lehké a přitom pevné.

Hlavní rozložitelná část těla TEM má být vyrobena z kompozitů, které jsou lehké a přitom pevné.
Zdroj: http://www.russianspaceweb.com/

Celý projekt je oficiálně označován zkratkou TEM (Transport and Energy Module), přičemž zdroje seznámené s ruským kosmickým programem o něm vědí již zhruba deset let. Prapůvod celého projektu se dá vystopovat už do éry úsvitu kosmonautiky, kdy se inženýři snažili skloubit jaderný reaktor s elektrickým pohonem.

Právě elektrický pohon je v tomto případě klíčovým prvkem – pracuje na principu ohřevu a urychlování ionizovaného plynu, čímž vzniká tah a proto se tento pohon někdy označuje též jako iontový či plazmový.

TEM na oběžné dráze

TEM na oběžné dráze
Zdroj: http://www.russianspaceweb.com/

Pokud bychom tento pohon porovnávali z hlediska spotřebovaného množství pohonných látek, jsou elektrické pohony efektivnější než tradiční pohony na tuhé či kapalné pohonné látky. Jejich okamžitý tah je však relativně nízký a k provozu navíc vyžadují velké množství elektrické energie. Právě z tohoto důvodu se použití elektrického pohonu zatím omezovalo pouze na systémy upravující oběžnou dráhu nebo na pohon misí v hlubším vesmíru, kde si sondy mohou dovolit luxus v podobě nízkého tahu po velmi dlouhou dobu.

Vizualizace tahače TEM

Vizualizace tahače TEM
Zdroj: http://www.russianspaceweb.com/

Aby bylo možné rozšířit možnosti nasazení energeticky hladových elektrických pohonů se inženýři již dlouho snaží nahradit těžké a rozměrné fotovoltaické panely jadernými zdroji, které by poskytly luxusní množství energie po dobu několika let, či spíše desetiletí.

Zároveň by takový systém nebyl závislý na slunečním záření a mohl by se využít i v chladných a vzdálených končinách Sluneční soustavy, kde již pracovaly sondy jako Voyager, Cassini a další. Zde je již slunečního světla nedostatek a jiné zdroje energie jsou nezbytné.

Vizualizace jaderného tahače TEM.

Vizualizace jaderného tahače TEM.
Zdroj: http://www.russianspaceweb.com/

K vývoji jaderných reaktorů pro využití v kosmickém prostoru však stále musí docházet na Zemi, tento pokrok však zpomalily obavy o oblasti životní prostředí a bezpečnost. Na začátku 21. století však došlo k obnovení zájmu ruské armády o jaderné reaktory s velkou kapacitou, které by zvládly dodávat energii nejen pohonným systémům, ale i dalšímu vybavení na palubě velkých sond a družic – třeba rozměrným radarovým anténám pro průzkumné družice.

Pohonný systém zařízení TEM

Pohonný systém zařízení TEM
Zdroj: http://www.russianspaceweb.com/

Díky pestrému portfoliu jaderných technologií také díky slušnému rozpočtu v zádech se ruské ministerstvo obrany zjevně stalo primárním podporovatelem prvního post-sovětského pokusu o vytvoření jaderného systému pro generování elektrické energie v kosmickém prostoru. Samozřejmě není tajemstvím, že práce na reaktoru byly utajené, ale v letošním roce konstrukční kancelář KB Arsenal uvolnila fotografie, které ukazují konstrukci zařízení, které je buďto plnorozměrovým prototypem, nebo rovnou prvním exemplářem stroje TEL. K tomu pak ještě přidala několik vizualizací rozkládání konstrukce v kosmickém prostoru.

Instalace stacionárních radiátorů na TEM.

Instalace stacionárních radiátorů na TEM.
Zdroj: http://www.russianspaceweb.com/

Srdcem tahače TEM má být jaderný reaktor, který generuje teplo. Toto teplo je následně mechanickou turbínou, nebo tepelnou emisní metodou, která nevyžaduje žádné pohyblivé části, převedeno na elektrickou energii.

Ačkoliv je druhá metoda méně efektivní než turbína, je jednodušší a ruský kosmický průmysl s ní má více zkušeností – proto se odhaduje, že právě tepelná emisní metoda má být použita na stroji, který byl v letošním roce představen. Jeho animaci najdete na níže přiloženém videu.

Přebytek tepla generovaný fungováním reaktoru by měl být uvolněn do okolního prostoru systémem radiátorů, které mohou využívat další technologie provozované v mikrogravitaci mimo atmosféru. Uvolněné snímky naznačují, že by tento exemplář mohl obsahovat trojici hlavních a trojici záložních radiátorů. Menší panely by měly sloužit tradičním potřebám systémů kosmických lodí, zatímco ty větší radiátory (ať už výklopné či stacionární) by měly zřejmě primárně sloužit k odvodu tepla z reaktoru. Animace navíc ukázala opravdu komplexní třífázový proces rozkládání hlavních radiátorů na TEM.

Tahač TEM, kterému má energii pro iontové motory dodávat jaderný reaktor.

Tahač TEM, kterému má energii pro iontové motory dodávat jaderný reaktor.
Zdroj: http://www.russianspaceweb.com/

Podle všeho se zdá, že představený stroj by měl využívat chladicí kapalinu, kterou by systémem prohánělo čerpadlo. Je to sice méně pokročilá technologie než systém kapilárních trubic s vyzařováním tepla, který Rusové původně pro tento systém plánovali a dokonce jej na začátku 21. století testovali na kosmické stanici Mir.

K ochraně všech palubních systémů před škodlivým ionizujícím zářením by měl být reaktor umístěn za jehlanovitým štítem, který by měl odstínit nebezpečné částice. K další ochraně bezpečné oblasti má být reaktor připojen k něčemu, co připomíná čtyřdílnou teleskopickou konstrukci z kompozitních lehkých materiálů. Tento nosník by se měl roztáhnout na plnou délku po oddělení od nosné rakety na oběžné dráze.

TEM na oběžné dráze.

TEM na oběžné dráze.
Zdroj: http://www.russianspaceweb.com/

Podle zveřejněných materiálů by měl být jaderný reaktor na TEM aktivován až ve chvíli, kdy se zařízení dostane na oběžnou dráhu ve výšce 600 – 800 kilometrů. To je dost daleko od řídkých vrstev atmosféry, aby se zabránilo přirozenému rozpadu a návratu zastavené družice. V tomhle mezidobí by mohly všechny systémy vesmírného tahače a jeho užitečného vybavení přijímat energii z dvojice fotovoltaických panelů, které by byly umístěné po stranách pohonného modulu a které by začaly fungovat ihned po  dosažení oběžné dráhy.

Sytém radiátorů tahače TEM.

Sytém radiátorů tahače TEM.
Zdroj: http://www.russianspaceweb.com/

Snímky uvolněné KB Arsenal v letošním roce ukazují klíčové prvky celé obří konstrukce – včetně pohonného modulu, stacionárních i výklopných radiátorů, nebo teleskopického nosníku, který by držel reaktor. K dispozici sice nejsou žádné fotografie reaktoru samotného, nicméně základní představa se dá udělat z letos prezentované animace vložené do článku výše. Zdá se, že i bez užitečného nákladu by TEM vážil zhruba 20 – 30 tun. To opravdu není málo a takový cvalík by k dopravě na oběžnou dráhu vyžadoval těžké rakety Angara-5M nebo Angara-5V, které by zvládly doručit takový náklad na oběžnou dráhu z kosmodromu Vostočnyj. V roce 2016 byla konstrukční kanceláří Chruničeva prezentována možnost dopravy TEM na oběžnou dráhu pomocí nosné rakety Angara-5V s horním stupněm Briz.

Pohonný systém tahače TEM. Po stranách jsou vidět systémy, které by mohly být korekčními tryskami pro úpravu orientace. Hlavní elektrické motory se nachází ve spodní části.

Pohonný systém tahače TEM. Po stranách jsou vidět systémy, které by mohly být korekčními tryskami pro úpravu orientace. Hlavní elektrické motory se nachází ve spodní části.
Zdroj: http://www.russianspaceweb.com/

Přeloženo z:
http://www.russianspaceweb.com/

Zdroje obrázků:
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/cruise_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/truss_B_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/orbit_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/deployment_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/orbit_C_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/propulsion_orbit_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/truss_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/deployment_B_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/propulsion_orbit_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/deployment_C_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/radiator_1.jpg
http://www.russianspaceweb.com/images/rockets/upper_stages/tem/arsenal/propulsion_module_1.jpg

Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

19 komentářů ke článku “Pracuje Rusko na jaderném kosmickém tahači?”

  1. Atlas napsal:

    Zaujimave, cakal som len nejaku formu prezentacie, a nie plnorozmerove prototypy a este moznost ze to vypustia dalsi rok.
    Ale nejako nevidim vyuzitie, ide len o demonstrator, alebo s nim maju nejake konkretne plany?

  2. Vaclav napsal:

    Tak to by mohl být konečně nový způsob pohonu směrem do velmi vzdáleného vesmíru. Američané asi budou musit oprášit systém NERVA.

      • Pavelll napsal:

        Hmm, NERVA, dik za odkaz, konecne jsem si ho trochu nastudoval. Solidni projekt – tepelny vykon okolo 1100 MW, tj. skoro jako jeden blok Dukovan, jednoducha regulace, dobre charakteristiky a zpetne vazby, desitky uspesnych casto i dlouhodobych testu – velka skoda, ze se nedostal do kosmu.

        Pro vetsi lamy nez jsem ja 😉 Rozdil proti pohonu konceptu ruskeho tahace je ten, ze NERVA je „jen“ tepelny jaderny pohon, tzn. ze poziva ohrev pohonneho media (vodik) pruchodem kanalky reaktoru. Pri ohrevu na 2000 az 3000 C dosahuje zhruba dvojnasobneho specifickeho impulsu (okolo 800) nez nejlepsi chemicke raketove motory.

        Reaktor ruskeho tahace by z tepla napred generoval elektrinu a tu pak pouzival na urychlovani ionizovaneho media – slozitejsi, ale jeste o rad vyssi Ispc.

        Tak uvidime, jestli to rusove dotahnou k realizaci. Schopnosti projektovat a stavet reaktory mnoha typu a velikosti patri na spicku. S realizaci novych kosmickych kosmickych projektu je to uplne jiny pribeh…

  3. David R. napsal:

    Dost jsem nad tím uvažoval a je to tak trochu slepá ulička. Při max. účinnosti (turbína, Stirling) cca 33% potřebujete na 1 MW el. energie vychladit do okolí 2 MW odpadního tepla. Na Zemi nebo na ponorce je to jednoduché, ve vesmíru nikoli. Pro názornost, při teplotě radiátoru 100°C je potřebná plocha 900 m2 (pracující oboustranně a za podmínky, že se radiátory neovlivňují vzájemně, což na obrázku zcela neplatí). Proto se musí použít jako médum tekutý kov – při teplotě radiátoru 500°C je plocha radiátoru už „jen“ 50 m2.
    Radiátor je však tak jako tak velmi těžký. Je mnohem těžší než samotný reaktor, a to limituje dosažitelné zrychlení lodi. Dál zvyšovat teplotu sice lze, ale má to fyzikální limit, wolfram 3000°C a dál cesta opravdu nevede. Vyplatí se to pro lety dál od Slunce, ovšem ke hvězdám je to výkonově absolutně bez šance.
    Podle dostupných informací se zdá být praktičtější cesta extrémně lehkých fotovoltaických panelů – fyzikální limit je tam velmi vzdálený, protože může jít o skutečně tenoučké folie. Teoreticky např. při 100 gramech na m2 (jako běžný papír) a výkonu 200W/m2 lze panel o výkonu 1 MW udělat o hmotnosti 500 kg, ale i kdyby to bylo 1000 kg, je to stále o řád lepší, než reaktor, nemluvě o ceně a bezpečnosti. Jediná nevýhoda, výkon slábne při vzdalování od Slunce, ale prakticky např. pro spojení Země- Měsíc nebo Země – Mars to není velký problém.
    Pozitivní na tomto ruském projektu je, že se moc nehodí pro vojenské použití – je to obrovzký infrazářič viditelný na miliony kilometrů, absolutně nepřehlédnutelný.

  4. Spytihněv napsal:

    Já tedy nejsem žádnej Grynpís, ale představa množství družic na oběžné dráze, byť vyšší, disponujících jaderným reaktorem, se mi moc nezamlouvá. Navíc si nedělám iluze o průhlednosti jejich používání, informací o dráze apod. No a samozřejmě samotné vynesení. Je uvedeno něco o aktivaci až na pracovni dráze. Znamená to tedy, že v případě havárie ještě v atmosféře nebo nechtěného návratu do ní půjde jen o neškodnou hmotu? A co porovnání se zdroji třeba na Voyagerech nebo New Horizons z hlediska bezpečnosti v případě havárie, ať už neaktivni při startu, nebo v plné práci na orbitě a případné kolizi z jiným tělesem?

  5. Vaclav napsal:

    Rusko si nikdy problémy s jadernou /ne/bezpečností ani v nejmenším nepřipouštělo a to jak na Zemi tak v kosmu. Green mohou plakat jen v otevřené společnosti, v Rusku by je hbitě zamřížovali.

  6. Hawk napsal:

    Vypada to fantasticky, skoda ze Rusko ma rozpadu svazu potize s dotahovanim projektu. Pokud by to melo veojensky vyznam, bylo by to paradoxne dobre, dokopalo by druhe velmoci ignorovat ekologisticke protesty a jaderne technologie by se konecne ve vetsi mire prosazovali ve vesmiru.
    Pro lety treba za hranice slunecni soustavy mi chybi informace jake max rychlosti vuci Slunice by umel treba system schopen dosahnout – 30km/s nebo i pres 100 km/s ci 200 km/s. Podle toho by slo projektovat mise – vzdalenejsi oblasti Kuiperova pásu ci jeste dale.

    Na mezihvezne mise by napr. rychlosti cca 100 km/s stale nestacily.
    Jestli dobre pocitam
    cca 100 km/s je cca 20 AU/rok
    Sv. rok ma cca 63 000 AU
    Takze jeden sv. rok bychom prekonali za cca 3000 let
    Ale jako vesmirny pomnik nasi civilizace dobry.

    O rad vyse. tj. 1000 km/s uz by to bylo realisticteji, k nejblizsi hvezde to je sice stale pres 1000 let, ale treba system, ktery by byl schopen fungovat s jistou pravdepodobnosti cca 250-300 let(tj. v tomto pripade svetelny rok) neni uplne mimo nase moznosti. Voyager 2 by mel byt funkcni jeste cca 50 od startu a svoji cinnost ukonci ne kvuli technickym limitum, ale kvuli nedostatku energie. A ted jsme technioky zase nekde jinde nez v sedmdesatych letech.
    https://www.idnes.cz/technet/vesmir/voyager-2-heliosfera.A191106_093443_tec_vesmir_kuz

  7. SGaba napsal:

    Je potvrzeno, že půjde o ,,klasický jaderný reaktor“ a ne o (~velký) Radioizotopový termoelektrický generátor?

    • Dušan Majer napsal:

      Informací je zatím poměrně málo, ale zatím všechny pracují s možností klasického reaktoru.

    • racek napsal:

      Zatím největší radioizotopový generátor Topas dával kolem 10 Kw a vážil hodně přes tunu. Tady se jedná o výkony řádu MW, což není pro klasické uranové reaktory problém. Navíc by potřebovalo ohromné množství příslušného izotopu Pu, které vůbec není snadné vyrobit, celosvětová produkce je v řádu kilogramů za rok. Navíc radioizotopové generátory nelze výkonnostně regulovat nebo např. dočasně odstavit, neboť tahač asi nebude využíván na 100 %.
      Ruský výzkum a vývoj jaderných zařízení se nijak po rozpadu SSSR neomezil a stavějí ročně spoustu reaktorů různých velikostí. Zkušenosti tedy asi mají. Nosiče se taky rýsují. To by bylo. Teď ještě to užitečné zařízení. A to může být problém. Obvykle totiž bývá mnohokrát dražší než nosiče. Jak je vidět, Rusko dnes zrovna vědeckými družicemi či sondami nehýří. Tak aby tenhle parádní projekt nezemřel zrovna tak jako Energia. Na nedostatek vhodných nákladů.

  8. Drto napsal:

    Zajímavost ohledně možností nového paliva jaderných reaktorů. Vzhledem k tradici jaderné energetiky není nemožné, aby Rusko nemélo i v této oblasti nějaké „želízko v ohni“.
    https://www.osel.cz/11382-nove-thoriove-jaderne-palivo-aneel-podpori-renesanci-jaderne-energie.html

  9. pave69 napsal:

    Kdybych trochu parafrázoval Muska:
    Chtěl bych, aby to Rusové dotáhli, ale ne až do pádu na mou hlavu.

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.