Atomový plamen

Autoři sci-fi a jiní snílci nepochybují, že blízká budoucnost patří raketám na atomový pohon. Realisté vědí, že je to nesmysl a ti informovaní vyjmenují názvy atomových motorů, které již prošly testy a stačily upadnout v zapomnění

V posledních dílech sci-fi povídky Na dohled Cruithne hrají a ještě sehrají důležitou úlohu motory kosmické lodi. Protože si autoři zakládají na věrohodnosti, je jim jasné, že meziplanetární doprava takových rozměrů nemůže být založená na bázi klasických raketových motorů.

Jaké jsou možnosti? Odhlédneme-li od půvabných planetoletů J.M.Trosky poháněných elektrostatickým přitahováním, nezbývá než se svěřit do rukou teleportu nebo reaktivního zařízení. Jak by měl fungovat teleport není zatím jasné ani v hrubých obrysech, takže se hodí do povídek ze vzdálenější budoucnosti.

Princip reaktivního zařízení je jasný: vystřelit proti směru letu pracovní médium a zákon akce a reakce se již postará o zbytek. Problém je, jak to pracovní médium vystřelit co nejvyšší rychlostí. Klasický, doposud používaný způsob je náročný na množství paliva. Chemická reakce nezvládne urychlit své zplodiny dostatečně rychle, proto jich musí vystřelit hodně. Většinu objemu a hmotnosti dnešních raket tvoří jen pohonné hmoty.

A což urychlovat plyn jiným způsobem, třeba elektricky? Víme, že v urychlovačích není problém urychlit částice na rychlosti blízké rychlosti světla. Při takových výtokových rychlostech by stačilo mnohonásobně méně materiálu. Energii bychom pak mohli dodávat například ze slunečních baterií. Takové motory již skutečně existují, jsou ve fázi prvních zkoušek, ale i nasazení. V současnosti je na udržení stacionární dráhy použito cca 200 Hallových motorů (typ iontového motoru). Jejich nevýhodou je zatím malý tah, který je vyvážen dlouhou dobou práce. Protože je vyvrhovaný materiál ionizovaný, dostaly název iontové motory.

Šlo by pro raketový pohon využít atomové energie? Návrhů je hned několik. Protože nejzajímavější je realita, necháme si ji nakonec. Předtím se krátce porozhlédneme po návrzích.

Nejambicioznější je asi projekt Orion využívající tzv. jaderný pulzní pohon. Kosmická loď musí být vzadu opatřena štítem, za kterým budou v kratších či delších intervalech odpalovány jaderné nálože. Tlaková vlna výbuchu dodá kosmické lodi impuls a ta pak dosáhne rychlosti až 5% rychlosti světla, v případě použití termonukleární nálože dokonce 10%. Na papíře motory fungují na jedničku, zbývá jen dořešit detail - štít, který vydrží jadernou explozi.

Reálněji vypadá projekt VASIMIR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket). Je již ve stádiu vývoje a snad i výroby (fa Ad Astra Rocket Company). Jedná se o iontový motor, kde se plazma připravuje zařízením podobným TOKAMAKu. Napájení se plánuje malým jaderným reaktorem o výkonu v řádu 10 MW.

To vše jsou ale jen plány a přitom tu již několik desetiletí zahálejí funkční prototypy atomových raketových motorů, které úspěšně prošly testy. Byly vyvíjeny na obou stranách železné opony. Ačkoli byl vývoj samozřejmě v přísném utajení, stejné zadání a podobné technologické možnosti daly vzniknout velice podobným řešením.

Nejsilnější jaderný raketový motor vyrobili Američané. Vývoj započatý v roce 1955 vyvrcholil projektem NERVA, který skončil v největším rozpuku na přiškrcení finančního ventilu po dobytí Měsíce.

Rozdíl mezi atomovým a klasickým chemickým spočívá ve způsobu ohřívání pracovního média. Na místo spalovací komory tu jsou tyče s rozžhaveným štěpným materiálem, kolem kterých proudí vodík a zahřívá se až na teplotu 2200° C. Tyče jsou odlity z karbidu uranu, ten je výhodnější než čistý uran, protože má vyšší bod tání. Rusové ještě potahují tyče keramickou vrstvou.

Na rozdíl od chemického motoru nepotřebuje jaderný motor okysličovadlo, což výrazně zjednodušuje konstrukci. Jednak stačí jen nádrž na vodík (mohl by být jakýkoli plyn, ale použití lehkého vodíku se příznivě odráží na specifickém imulsu), ale hlavně odpadají všechna ta turbočerpadla a pomocná zařízení pro distribuci okysličovadla.

Specifický impuls je veličina udávající tah motoru během jedné sekundy, jestliže spotřebuje jeden kilogram paliva. Spočítá se jako poměr tahu raketového motoru k množství spotřebovaného paliva za jednotku času. Čím vyšší specifický impuls, tím větší efektivita motoru.

Atomové motory v porovnání s chemickými prohrávají v hmotnosti. Ostatní parametry jsou však natolik zajímavé, že stojí za to o nich stále uvažovat jako o jedné z mála možností, jak dostat lacino velké náklady na Mars. Bezkonkurenční je například rychlost výtokových plynů. U motoru NERVA například dosahovala 8 km/s (rychlost běžná u chemických motorů je pouze 4 km/s). Doba kontinuálního běhu jsou desítky minut až hodiny (II. stupeň legendární rakety Saturn V běžel při jednom zážehu 500 s). Výkon motoru NERVA byl v řádu GW (atomová elektrárna Temelín disponuje výkonem 2 GW) a tahem 250 kN. Následník motoru NERVA měl mít výkon 5 GW a tah 900 kN. Ten však již nebyl realizován.

V dnešní době odporu proti atomové energii se obrození motorů na atomový pohon asi nedočkáme. Po pravdě řečeno, určité riziko tu je. Pokud běží vše, jak má, není se čeho bát, vodík, který je v přímém kontaktu s radioaktivním materiálem a pak tryská ven, nemůže být z principu radioaktivní. Odsud nebezpečí nehrozí. Pořád tu však bude nebezpečí poruchy a následné kontaminace. To však můžeme snížit, pokud motor po částech vyvezeme na oběžnou dráhu a teprve tam sestavíme. Otevřeli bychom si tak bránu k blízkým planetám.