Už v počiatočných fázach vývoja raketového a vesmírneho priemyslu sa objavili prvé návrhy na využitie rôznych jadrových technológií. Boli navrhnuté a vyvinuté rôzne technológie a jednotky, ale iba niektoré z nich dosiahli skutočnú prevádzku. V budúcnosti sa očakáva zavedenie zásadne nových riešení.
Prvý vo vesmíre
V roku 1954 bol v USA vytvorený prvý rádioizotopový termoelektrický generátor (RTG alebo RTG). Hlavným prvkom RTG je rádioaktívny izotop, ktorý sa prirodzene rozkladá s uvoľňovaním tepelnej energie. Pomocou termočlánku sa tepelná energia premieňa na elektrickú energiu, ktorá sa dodáva spotrebiteľom.
Hlavnou výhodou RTG je možnosť dlhodobej prevádzky so stabilnými charakteristikami a bez údržby. Životnosť je určená polčasom vybraného izotopu. Takýto generátor sa zároveň vyznačuje nízkou účinnosťou a výstupným výkonom a tiež potrebuje biologickú ochranu a vhodné bezpečnostné opatrenia. RTG však našli uplatnenie v mnohých oblastiach so špeciálnymi požiadavkami.
V roku 1961 bol v USA vytvorený RTG typu SNAP 3B s 96 g plutónia-238 v kapsule. V tom istom roku sa na obežnú dráhu dostal satelit Transit 4A vybavený takýmto generátorom. Stala sa prvou vesmírnou loďou na obežnej dráhe Zeme, ktorá využívala energiu jadrového štiepenia. V roku 1965 vypustil ZSSR satelit Kosmos-84, prvé zariadenie Orion-1 RTG využívajúce polónium-210.
Následne tieto dve superveľmoci aktívne využívali RTG na vytváranie vesmírnych technológií na rôzne účely. Napríklad niekoľko roverov na Marse bolo v posledných desaťročiach poháňaných rozpadom rádioaktívnych prvkov. Podobne je zabezpečené napájanie misií vzdialených od Slnka.
Viac ako pol storočia RTG osvedčujú svoje schopnosti v mnohých oblastiach, vrátane v kozmickom priemysle, aj keď zostali špecializovaným nástrojom na konkrétne úlohy. Rádioizotopové generátory však v takej úlohe prispievajú k rozvoju priemyslu, výskumu atď.
Jadrová raketa
Vedúce krajiny čoskoro po zahájení vesmírnych programov začali riešiť otázku vytvorenia jadrového raketového motora. Boli navrhnuté rôzne architektúry s rôznymi prevádzkovými princípmi a rôznymi výhodami. Napríklad v americkom projekte Orion bola navrhnutá vesmírna loď, ktorá na zrýchlenie používa šokovú vlnu jadrových hlavíc s nízkym výkonom. Tiež sa pracovalo na návrhoch známejšieho vzhľadu.
V päťdesiatych a šesťdesiatych rokoch NASA a súvisiace organizácie vyvinuli motor NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Jeho hlavnou súčasťou bol jadrový reaktor s otvoreným cyklom. Pracovná tekutina vo forme kvapalného vodíka sa musela zahriať z reaktora a vytlačiť cez trysku, čím sa vytvoril ťah. Jadrový motor tohto druhu bol z hľadiska konštrukčného výkonu lepší ako tradičné systémy chemického paliva, aj keď bol v prevádzke nebezpečnejší.
Projekt NERVA bol privedený na test rôznych komponentov a celej zostavy. Počas testov bol motor 28 -krát zapnutý a pracoval takmer 2 hodiny. Charakteristiky boli potvrdené; neboli žiadne závažné problémy. Projekt sa však nedočkal ďalšieho vývoja. Na prelome šesťdesiatych a sedemdesiatych rokov bol americký vesmírny program vážne obmedzený a od motora NERVA sa upustilo.
V tom istom období sa podobné práce vykonávali v ZSSR. Sľubný projekt navrhoval použitie motora s reaktorom, ktorý ohrieva pracovnú tekutinu vo forme kvapalného vodíka. Začiatkom šesťdesiatych rokov bol pre takýto motor vytvorený reaktor a neskôr sa začalo pracovať na zvyšných blokoch. Po dlhú dobu pokračovalo testovanie a vývoj rôznych zariadení.
V sedemdesiatych rokoch prešiel dokončený motor RD-0410 sériou palebných skúšok a potvrdil hlavné charakteristiky. Projekt sa však vzhľadom na vysokú komplexnosť a riziká nedostal k ďalšiemu vývoju. Domáci raketový a vesmírny priemysel naďalej používal „chemické“motory.
Vesmírne remorkéry
V priebehu ďalšieho výskumu a projekčných prác v USA a u nás dospeli k záveru, že je nevhodné používať motory typu NERVA alebo RD-0410. V roku 2003 NASA začala testovať úplne novú architektúru kozmickej lode s jadrovou elektrárňou. Projekt dostal názov Prometheus.
Nová koncepcia navrhovala stavbu kozmickej lode s plnohodnotným reaktorom na palube, zabezpečujúcim elektrinu, ako aj iónovým prúdovým motorom. Takýto prístroj by mohol nájsť uplatnenie vo výskumných misiách na dlhé vzdialenosti. Vývoj „Prometheus“sa však ukázal byť neúmerne drahý a výsledky sa očakávali až vo vzdialenejšej budúcnosti. V roku 2005 bol projekt ukončený pre nedostatok perspektív.
V roku 2009 sa v Rusku začal vývoj podobného produktu. „Transportný a energetický modul“(TEM) alebo „vesmírny remorkér“má dostať jadrovú elektráreň triedy megawattov spojenú s iónovým motorom ID-500. Kozmická loď sa navrhuje zostaviť na obežnú dráhu Zeme a použiť na prepravu rôznych nákladov, zrýchlenie iných kozmických lodí atď.
Projekt TEM je veľmi komplexný, čo ovplyvňuje jeho náklady a načasovanie. Okrem toho došlo k mnohým organizačným problémom. Napriek tomu v polovici desatín boli jednotlivé komponenty TEM vytiahnuté na testovanie. Práce pokračujú a v budúcnosti môžu viesť k vzniku skutočného „vesmírneho remorkéra“. Konštrukcia takéhoto zariadenia je plánovaná na druhú polovicu dvadsiatych rokov; uvedenie do prevádzky - v roku 2030
Bez vážnych ťažkostí a včasného splnenia všetkých plánov sa TEM môže stať prvým výrobkom vo svojej triede na svete, ktorý bude uvedený do prevádzky. Súčasne existuje určitá časová rezerva, pričom sa vylučuje možnosť včasného vystúpenia konkurentov.
Perspektívy a obmedzenia
O jadrové technológie je veľký záujem raketového a vesmírneho priemyslu. V prvom rade môžu byť užitočné elektrárne rôznych tried. RTG už našli uplatnenie a v niektorých oblastiach sú pevne zakorenené. Plnohodnotné jadrové reaktory sa kvôli svojim veľkým rozmerom a hmotnosti ešte nepoužívajú, ale na lodiach s takýmto zariadením už vývoj prebieha.
Popredné vesmírne a jadrové veľmoci niekoľko desaťročí vypracovali a v praxi vyskúšali množstvo originálnych myšlienok, určili ich životaschopnosť a našli hlavné oblasti použitia. Takéto procesy pokračujú dodnes a pravdepodobne čoskoro prinesú nové výsledky praktickej povahy.
Je potrebné poznamenať, že jadrové technológie sa vo vesmírnom sektore nerozšírili a je nepravdepodobné, že by sa táto situácia zmenila. Zároveň sa ukazujú ako užitočné a perspektívne v určitých oblastiach a projektoch. A práve v týchto výklenkoch sa už realizuje dostupný potenciál.
