Že v zgodnjih fazah razvoja raketne in vesoljske industrije so se pojavili prvi predlogi za uporabo različnih jedrskih tehnologij. Predlagane in razvite so bile različne tehnologije in enote, vendar so le nekatere od njih dosegle dejansko delovanje. V prihodnosti se pričakuje uvedba bistveno novih rešitev.
Prvi v vesolju
Leta 1954 je bil v ZDA ustvarjen prvi radioizotopski termoelektrični generator (RTG ali RTG). Glavni element RTG je radioaktivni izotop, ki naravno razpade s sproščanjem toplotne energije. S pomočjo termoelementa se toplotna energija pretvori v električno energijo, ki jo dovajajo potrošnikom.
Glavna prednost RTG je možnost dolgotrajnega delovanja s stabilnimi lastnostmi in brez vzdrževanja. Življenjska doba je določena z razpolovno dobo izbranega izotopa. Hkrati je za tak generator značilen nizek izkoristek in izhodna moč, potrebuje pa tudi biološko zaščito in ustrezne varnostne ukrepe. Vendar so RTG -ji našli uporabo na številnih področjih s posebnimi zahtevami.
Leta 1961 so v ZDA ustvarili RTG tipa SNAP 3B s 96 g plutonija-238 v kapsuli. Istega leta je v orbito odšel satelit Transit 4A, opremljen s takšnim generatorjem. Postalo je prvo vesoljsko plovilo v orbiti Zemlje, ki je uporabljalo energijo cepitve jedra. Leta 1965 je ZSSR izstrelila satelit Kosmos-84, svojo prvo napravo RTG Orion-1, ki uporablja polonij-210.
Nato sta velesili aktivno uporabljali RTG za ustvarjanje vesoljske tehnologije za različne namene. Na primer, številne Mars roverje v zadnjih desetletjih poganja razpad radioaktivnih elementov. Podobno je zagotovljeno napajanje misij, ki se oddaljujejo od Sonca.
RTG -ji so več kot pol stoletja dokazali svoje sposobnosti na številnih področjih, vklj. v vesoljski industriji, čeprav so ostali specializirano orodje za posebne naloge. Vendar v takšni vlogi generatorji radioizotopov prispevajo k razvoju industrije, raziskavam itd.
Jedrska raketa
Kmalu po začetku vesoljskih programov so vodilne države začele reševati vprašanje ustvarjanja jedrskega raketnega motorja. Predlagane so bile različne arhitekture z različnimi načeli delovanja in različnimi prednostmi. Na primer, v ameriškem projektu Orion je bilo predlagano vesoljsko plovilo, ki za pospeševanje uporablja udarni val jedrskih bojnih glav z majhno močjo. Prav tako so se razvijali modeli bolj znanega videza.
V petdesetih in šestdesetih letih so NASA in sorodne organizacije razvile motor NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Njegova glavna sestavina je bil jedrski reaktor z odprtim ciklom. Delovno tekočino v obliki tekočega vodika je bilo treba segreti iz reaktorja in jo iztisniti skozi šobo, kar je ustvarilo potisk. Takšen jedrski motor je bil po konstrukcijskih lastnostih boljši od tradicionalnih sistemov za kemično gorivo, čeprav je bil med delovanjem bolj nevaren.
Projekt NERVA je bil preizkušen z različnimi sestavnimi deli in celotnim sklopom. Med preskusi je bil motor vklopljen 28 -krat in je deloval skoraj 2 uri. Potvrdile so se lastnosti; ni bilo bistvenih težav. Vendar pa projekt ni dobil nadaljnjega razvoja. Na prelomu šestdesetih in sedemdesetih let je bil ameriški vesoljski program resno okrnjen, motor NERVA pa opuščen.
V istem obdobju so podobna dela izvajali v ZSSR. Obetaven projekt je predlagal uporabo motorja z reaktorjem, ki segreva delovno tekočino v obliki tekočega vodika. V zgodnjih šestdesetih letih so za tak motor ustvarili reaktor, kasneje pa so se začela dela na preostalih enotah. Dolgo časa so se testiranja in razvoj različnih naprav nadaljevali.
V sedemdesetih letih je končni motor RD-0410 opravil vrsto strelnih testov in potrdil glavne značilnosti. Vendar projekt zaradi visoke kompleksnosti in tveganj ni dobil nadaljnjega razvoja. Domača raketna in vesoljska industrija je še naprej uporabljala "kemične" motorje.
Vesoljski vlačilci
Med nadaljnjimi raziskovalnimi in oblikovalskimi deli v ZDA in pri nas so prišli do zaključka, da je uporaba motorjev tipa NERVA ali RD-0410 neprimerna. Leta 2003 je NASA začela testirati bistveno novo arhitekturo za vesoljsko plovilo z jedrsko elektrarno. Projekt so poimenovali Prometej.
Novi koncept je predlagal gradnjo vesoljskega plovila s polnopravnim reaktorjem na krovu, ki bo zagotavljal elektriko, pa tudi ionsko-reaktivnega motorja. Takšna naprava bi lahko našla uporabo v raziskovalnih misijah na dolge razdalje. Vendar se je razvoj "Prometeja" izkazal kot pretirano drag, rezultati pa so bili pričakovani šele v daljni prihodnosti. Leta 2005 je bil projekt zaprt zaradi pomanjkanja možnosti.
Leta 2009 se je v Rusiji začel razvoj podobnega izdelka. "Transportni in energetski modul" (TEM) ali "vesoljski vlačilec" naj bi prejel jedrsko elektrarno razreda megavata skupaj z ionskim motorjem ID-500. Predlaga se, da se vesoljsko plovilo sestavi v zemeljski orbiti in uporabi za prevoz različnih tovorov, pospeševanje drugih vesoljskih plovil itd.
Projekt TEM je zelo kompleksen, kar vpliva na njegove stroške in čas. Poleg tega so nastale številne organizacijske težave. Kljub temu so do sredine desetin posamezne komponente TEM odvzeli za testiranje. Delo se nadaljuje in v prihodnosti lahko povzroči nastanek pravega "vesoljskega vlečenja". Gradnja takšnega aparata je načrtovana za drugo polovico dvajsetih let; zagon - leta 2030
Brez resnih težav in pravočasne uresničitve vseh načrtov lahko TEM postane prvi izdelek tega razreda na svetu, ki je prišel v uporabo. Hkrati obstaja določen časovni razmik, hkrati pa izključuje možnost pravočasnega nastopa konkurentov.
Perspektive in omejitve
Jedrska tehnologija je zelo zanimiva za raketno in vesoljsko industrijo. Najprej so lahko koristne elektrarne različnih razredov. RTG -ji so že našli uporabo in so na nekaterih področjih trdno uveljavljeni. Polnopravni jedrski reaktorji se zaradi velikih dimenzij in mase še ne uporabljajo, vendar na ladjah s takšno opremo že obstaja razvoj.
Vodilne vesoljske in jedrske sile so že več desetletij izdelovale in v praksi preizkusile številne izvirne ideje, določile njihovo izvedljivost in našle glavna področja uporabe. Takšni procesi se nadaljujejo do danes in verjetno bodo kmalu dali nove praktične rezultate.
Treba je opozoriti, da jedrske tehnologije niso postale razširjene v vesoljskem sektorju in da se to stanje verjetno ne bo spremenilo. Hkrati se izkažejo za koristne in obetavne na določenih področjih in projektih. In prav v teh nišah se že uresničuje razpoložljivi potencial.
