Před dvěma měsíci vyšel na našem webu článek popisující velmi slibný projekt nazvaný Kilopower. Jde o technologický demonstrátor technologií pro malý jaderný reaktor, který by mohl dodávat poměrně zajímavé množství elektrické energie pro budoucí obydlené základny. Uplynulo zhruba osm týdnů a my můžeme na tento článek navázat novými informacemi. Už jen to je potěšující, ale ještě lepší je, že ty informace jsou pozitivní. NASA totiž ve spolupráci s Národním úřadem pro nukleární bezpečnost NNSA úspěšně demonstrovala celý systém, který by mohl poskytnout dlouhodobý bezpečný zdroj energie mimo zemský povrch.
Zdroj: https://www.nasa.gov
Původní projekt Kilopower se nyní označuje zkratkou KRUSTY (Kilopower Reactor Using Stirling Technology) a NASA oznámila výsledky jeho testování na tiskové konferenci na Glennově středisku v Clevelandu. Samotné zkoušky systému KRUSTY probíhaly v Nevadě od loňského listopadu do března. „Bezpečný, účinný a bohatý na vyráběnou energii – takový má být zdroj, který se stane klíčem pro budoucí robotické i pilotované výpravy,“ avizoval Jim Reuter, přidružený administrátor z Ředitelství vesmírných technologických misí a dodal: „Očekávám, že projekt Kilopower bude nezbytnou součástí lunárních i marsovských energetických systémů.“
Jak již zaznělo na začátku, Kilopower je malý, lehký energetický systém založený na štěpné reakci, který dokáže generovat až deset kilowattů elektřiny. To je dostatečný výkon pro zásobování několika průměrných domácností po dobu deseti let. Pro založení základny se počítá se čtveřicí těchto modulů. Podle Marca Gibsona, hlavního inženýra programu Kilopower, se tento systém hodí především pro Měsíc, jelikož výroba energie na jeho povrchu je komplikovaná z prostého důvodu – lunární noc trvá 14 pozemských dní.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Testovaný prototyp používal jako jádro reaktoru odlitek uranu 235 o velikosti srovnatelné s rolí toaletního papíru. Pasivní sodíkové teplovodné trubice přenášely vytvořené teplo k účinným Stirlingovým motorům, které se postaraly o převod tepla na elektřinu.
Podle Davida Postona z Národních laboratoří v Los Alamos, které spadají pod NNSA, byly testy v Nevadě zaměřené na dva základní okruhy. V první řadě šlo o ověření, že systém dokáže ze štěpné reakce generovat elektřinu. V řadě druhé se ověřovalo, jak je systém stabilní a bezpečný bez ohledu na prostředí, kterému je vystaven.
„Reaktor jsme vystavili všemu, co jsme měli k dispozici z hlediska normálních i mimořádných provozních situací a KRUSTY všemi prošel beze ztráty kytičky,“ uznal Poston. Tým kolem programu Kilopower prováděl testy ve čtyřech fázích. První dvě proběhly bez výroby elektřiny a ověřily, že se jednotlivé složky systému chovají tak, jak mají. Ve třetí fázi zvýšili operátoři významně výkon, což ohřálo jádro reaktoru a bylo možné přistoupit k fázi čtvrté. Celý experiment vyvrcholil 28 hodin dlouhou provozní simulací na plný výkon. Testovaly se všechny fáze provozu – od spuštění reaktoru, přes zvyšování jeho výkonu a stabilní provoz až k jeho vypnutí.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Odborníci během zkoušek simulovali třeba snížený odběr energie, selhání motorů nebo teplovodných trubic. Systém prokázal, že i přesto dokáže pracovat dál a poradí si i s mnohočetnými selháními. „Známe ten reaktor velmi dobře a tento test potvrdil, že systém pracuje tak, jak jsme chtěli už při jeho návrhu. Ať byl vystaven jakýmkoliv podmínkám, podával skvělé výsledky,“ uvedl Gibson. Projekt tak má otevřenou cestu k dalšímu významnému kroku – cestě do vesmíru.
Odborníci vědí, že cesta je ještě dlouhá a proto už nyní pracují na systémech, které by měly ještě zvýšit bezpečnost celého systému a zároveň vytipovávají mise, na kterých by mohl jejich projekt letět. Projekt je zatím součástí programu Vývoj přelomových technologií, přičemž ve fiskálním roce 2020 by měl být převeden do programu Technologických demonstračních misí. Pokud uspěje demonstrační mise (o které Vás určitě budeme informovat), otevře se projektu Kilopower cesta k použití na mnoha projektech včetně obydlených povrchových základen. Ostatně podívejte se na video, které kolega Michael Voplatka opatřil českými titulky.
Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/kilopower_moon_render_1.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/105_4792-dip.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/stmd_kilopower_1.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/101_0202-dip.jpg
Zvídavé čtenáře jistě napadne, využít tento reaktor k pohonu nějaké sondy (s iontovým motorem). Takže: Kilopower není vůbec tak lehký, jak by se zdálo. Výkon je pouze 7W / 1kg hmotnosti, a pro srovnání, běžné solární panely dosahují 150 W / kg a nejlehčí 400 W/kg. Časem se mají podobné malé reaktory dopracovat k 25W / kg, ovšm solární panely (snad) až k jednotkám kW / 1 kg hmotnosti. Takže např. pro urychlení dopravy mezi Zemí a Marsem je solární panel jasným vítězem. Ovšem při misi kamsi do Kupierova pásu, a s brzdícím manévrem v místech, kde už solární panel nedává skoro nic, je toto zatím jediná šance.
Pro základnu na Měsíci je Kilopower také správná volba (14 dnů tma!), jako trvalý zdroj energie na Marsu (i v noci) také, ale např. pro výrobu paliva na Marsu (i když solární panely pojedou jen ve dne a na poloviční výkon proti Zemi) je reaktor evidentně nevýhodný.
Pro uplnost doplnim, ze radioizotopove generatory maji pouze 5W/kg. Popis ruznych scenaru misi ke vzdalenym objektum a na Mars za pouziti kilopower vs. solarni clanky vs. radioizotopove generatory lze nalezt zde:
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20170002010.pdf
Na vesmirne sondy je to asi nanic aj preto, ze to ma pohyblive diely, takze to bude chciet nakladnu techniku eliminujucu vibracie od toho reaktora.
So zvysovanim efektivity solarnych panelov by som to tak ruzovo nevidel. Na ich ucinnost existuje fyzikalne dany limit (nejakych 25% ?) a ten je mozne prekrocit len zmenou parametrov svetelneho zdroja / manipulaciou s nim – napr. koncentratory. To uz bude opat riesenie mechanicky a hmotnostne porovnatelne narocne ako ten reaktor.
A netreba zabudat ani na to, ze sa panely na marse pomerne rychlo zanasaju prachom.
Účinnost běžných fotovoltaických článků (tedy bez koncentrátorů apod.) v kosmonautice dnes běžně dosahuje hodnot lehce nad 30 %.
Ano, Shockley-Queissier limit udava, ze maximalna teoreticka hodnota pre jeden PN prechod je cca 34%. Takze uz sme asi „tam“. Riesenim je pouzivat viacvrstve panely a/alebo koncentratory.
Není důležité, jestli mají solární panely 20,nebo 30% účinnost. Ve vesmíru není nouze o místo. Mohou být větší, budou-li lehké. Podstatné jsou W/kg. A v tom právě vedou nad reaktorem. Solární panely lze ztenčovat až na úroveň fólie. Reaktor ale potřebuje chladit médium, aby zkondenzovalo. Na to je třeba chladič se sítí trubic, a ten nikdy tak tenký nebude.
Solární panely oproti reaktoru budou na Marsu zaprášeny – a tím o dost klesne postupně jejich výkon – s tím je přinejmenším nutno počítat. A případně je nějak vhodně čistit.
Koľko to váži komplet ? Veľmi dôležitý parameter, o toľko menší bude užitočný náklad.
Jadrový reaktor väčšieho výkonu by sa dal použiť na Európe a Enceladu na „prevŕtanie sa” cez ľadovú vrstvu až ku kvapalnej vode a potenciálne dostať sa až na dno oceánu. Brutálne to zjednoduším :
Stačilo by reaktor posadiť na ľadový povrch a spustiť ho, Reaktor svojim teplom sa „prepáli” cez ľad a klesne smerom nadol. Na ovládanie by mohol za sebou odvíjať dátový kábel, prípadne ak je ľad číri mohol by stačiť aj laser. Rádiové vlny by asi neboli najlepším riešením.
Neboli by potrebné žiadne pohyblivé mechanické zariadenia, vrtné súpravy a pod.
Reaktor pod sebou bude taviť ľad a vlastnou váhou sa prepadávať dole.
Tak troch Sci-Fi, ale na rozdiel od väčšiny iných už dnes takmer realizovateľná.
Trošičku si zablúznil pb 🙂
Odhaduji řádově tuny. Reaktor je malý, nicméně příslušenství a ty Stirlingovy motory jsou dosti hmotné. Ale je to opravdu nadějný prototyp. Použití bylo velmi dobře popsáno v článku.
Mě na tom těší ten návrat k jaderné energii, po letech zelené demagogie (no, ne vždy, to uznávám).
Ano, velmi nadejne.
Dekuji za clanek
Reaktor i s prislusenstvim by mel vazit neco malo pres tunu.
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20170002010.pdf
Ľadonorka nebude potrebovať žiadne Stirlingove motory ani žiadne pohyblivé diely, čo výrazne zjednoduší celú ľadonorku a zvýši jej spoľahlivosť.
Nebude potrebovať ani špeciálne chladenie, potrebujeme aby to čo najviac hrialo, netreba málo účinné konvertory telo-elektrina, teplo-mechanická práca. Potrebujeme iba teplo.
Tá troška elektrickej energie čo budú potrebovať elektronika a príslušenstvo sa môže získať termo-článkom.
pb 🙂
P.S.
Ak je ľad hrubý 10 km a podarilo by sa pretaviť denne 10 m trvalo by to cca 3 roky, čo je rozumný čas.
Aký výkon by na to bol potrebný ?
Tak a teď by mohli zkusit projekt reaktoru který by vyrobil stabilně 1 MW elektrické energie, protože 10 kW je pořád celkem málo, ale je to dobrý začátek.
Od Kilopower plánuje LANL vyvinúť Megapower (od 0.5-2 MWe) na rovnakých princípoch samoregulačný, chladený tepelnými trubicami a monolitným jadrom len s tým že to bude reaktor množinový (breeder) a na konverziu tepla použije braytonov cyklus.
Zajímavé, trochu mi to připomělo směšné protesty proti Plutoniu na palubě Cassini a New Horizons.
Mám pocit že rusové měli ve vesmíru několik (více než 10) reaktorů s klasickou parní turbínou. V těch jejich špionážních družicích..
https://en.wikipedia.org/wiki/US-A
Mezi lety 1967 a 1988 bylo v rámci projektu US-A / RORSAT vypuštěno 33 ruských špionážních satelitů, jimž energie dodával jaderný reaktor.
Bylo by zajímavé koukat se,jak kondenzuje voda ve vesmíru.
Jakou má vaše poznámka souvislost s tématem?
Prosím, když uvadíte české překlady nazvů projektů (nebo čehokoliv) uvádějte v závorce i originální jméno. Bez toho se ty projekty dost blbě gůglí.
Občas to děláme, ale ne vždy. Dnes jsme to neudělali. V případě zájmu stačí napsat a mohu Vám poslat originální názvy.
Neberte to, Dušane, jako že haním Vaší (vás a vašich kolegů) skvělou práci – to vůbec ne! Ale takováhle drobnost dost usnadní práci, když si člověk chce o nějakém zajímavém projektu dohledat víc. Projektem pro vývoj přelomových technologií je myšlen NextStep?
Je to Game Changing Development program. Na konci každého článku jsou vždy uvedeny původní zdroje, v nichž lze originální názvy dohledat.
Rozhodně to neberu nijak špatně. Právě naopak. A správný výraz už poskytl Petr, kterému děkuju.