Proč nám jaderná energie neotevře cestu ke hvězdám...

Pro TečkuCZ je ale daleko zajímavější druhý část článku, která zmiňuje klišé diskutovaná v 50. a 60 letech 20. století - tzn. např. věty Pro cestování a zásobování energií v rámci Sluneční soustavy jsou jaderné zdroje na bázi štěpení dostatečné. Umožnily by v budoucnu energetické zabezpečení pro vytvoření a udržení jednak stálé základny na Měsíci ale i na Marsu. a zejména: Pokud se jedná o kosmické lety k nejbližším hvězdám, je pro jejich uskutečnění nejspíše nutné realizovat termojaderný nebo anihilační pohon. Výroba antihmoty je energeticky velmi náročná, potřebný dostatek energie by však jaderné elektrárny mohly poskytnout.

Rozeberme to popořadě: nejprve tu Sluneční soustavu. Pro začátek je třeba připustit, že cca od oběžné dráhy Jupitera je výkon fotovoltaických článků už skutečně problematický, kvůli vysoké vzdálenosti od Slunce, a že optimálnější řešení, než radioizotopové generátory na bázi izotopu plutonia Pu-238 se asi hned tak nenajde (malé jaderné reaktory nejsou z mnoha důvodů příliš praktické - viz článek Radioaktivní odpad na oběžné dráze). Ale jakmile se vrátí do oblasti, která se jeví perspektivní pro skutečné osídlení kosmu člověkem, a nejen bezpilotní výzkum -tzn. oběžná dráha Země, Měsíc a nejspíš i Mars (ovšem ani oběžná dráha kolem Slunce, která by ležela blíže ke Slunci než dráha Země, není z energetického hlediska úplně k zahození, a už léta se uvažuje i o obydlení vrchních vrstev atmosféry Venuše obřími vzducholoděmi plněnými dýchatelným vzduchem - ten by tam poskytoval vztlak, a výhodou je např. přítomnost využitelných surovin v atmosféře a gravitace podobná pozemské) - tak se situace radikálně mění: máme k dispozici sluneční energii, ale navíc na rozdíl od povrchu Země nejsme omezeni vlivem atmosféry a počasí, a na oběžné dráze či na obou pólech Měsíce navíc ani střídáním dne a a noci ! Preferovat v této situaci štěpnou jadernou energii před solární se jeví jako čirý nerozum: v kosmu budeme mít dost problémů právě už s odstíněním kosmického záření, a vystavovat kosmonautu dalšímu radiačnímu hazardu ve vzdálenosti pouhých desítek či stovek metrů od obytných prostor se jeví jako naprostý nerozum a zbytečnost. A zatímco jaderné raketové motory by okrajově mohly mít proti solárně-elektrickému pohonu (či slunečním plachtám) jisté marginální výhody (jaderný pohon např. umožňuje plynule měnit tah a optimalizovat výkon buď směrem k maximálnímu tahu, nebo maximálnímu specifickému impulsu - "specifický impuls" je veličina, kterou lze laikům asi nejlépe popsat jako "spotřeba paliva na 100 km" - až na to že ve vesmíru nejde o žádných 100 km, ale počítá se schopnost způsobit změnu v rychlosti - delta V), tak používat jadernou energii k výrobě elektrické energie ve volném kosmu či na Měsíci nebo Marsu je čirý nerozum. A důvod ? chlazení obecně (ve vakuu nefunguje výměna tepla s okolním prostředím - veškeré teplo je třeba vyzářit - a podívejte se někdy na schémata ISS, jak velké radiátory má její čpavkový chladicí systém... a to přitom celkové množství tepla vytvořeného elektronikou a experimenty na ISS dosáhne max. cca 100 kW, po instalaci všech solárních panelů.... tedy termální radiátory lodi s jaderným pohonem o výkonu v řádu megawattů by pak dosáhly rozměrů podobných rozměrů solárních panelů. A to nemluvím o tom, že většina pozemních jaderných systémů obsahuje množství mechanických součástí, tekuté pracovní médium (vodu, sodík), apod. Alternativou k mechanickým turbínám je použití termoelektrických systémů (podobných těm, které se používají v izotopových generátorech - viz podobný předchozí článek Radioaktivní odpad na oběžné dráze - to je právě případ systémů, které používaly od 60tých do 80tých let ruské špionážní družice) - nicméně zásadní výhoda takového systému (právě mimo speciální případ, kdy prolétáte v podstatě horními vrstvami atmosféry a chcete snížit tření o zbytky atmosféry a prodloužit životnost družice) oproti klasickým solárním panelům není zřejmá.

Nejen účinnost, ale i EROEI (resp. energetická návratnost) solárních fotovoltaických systémů přitom v poslední době dramaticky vzrůstá. Využití jaderného štěpení v blízkém kosmu je tedy se vší pravděpodobností třeba označit za mytologii 50tých 20. století: funkční jaderný pohonu sice v 60.letech v USA a 60-70. letech v tehdejším SSSR sice skutečně byl vyvinutý - ale už třeba jen dlouhodobé skladování pracovní látky (vodíku) pro tyto motory je stejný problém, jako pro dnešní "kryogení" raketové motory (kyslík+vodík). Paradoxem jaderného raketového pohonu tedy je, že pracovní látku je stejně vhodné spotřebovat během několika prvních týdnů letu, protože dlouhodobé skladování kapalného vodíku zatím není zcela zvládnuté. Pro dlouhodobé kosmické lety navzdory všem experimentům připadá v úvahy nadále hlavně tradiční hydrazin nebo (již úspěšně otestovaný a použitý) iontový pohon - a je to právě nukleárně-elektrický iontový pohon, který nenabízí oproti solárně-elektrickému iontovému pohonu vlastně žádné skutečné výhody.

Ještě daleko vtipnější než v blízkém kosmu je ale pro-jaderná propaganda co se týče mezihvědných letů. Zde je jasně vidět, že sečtělost a všeobecných rozhled jaderných inženýrů skončil někde u Lemova propagandistického díla "K Mrakům Magellanovým", a nedospěl ani ke Star Treku :-) Na fúzní pohon zapomeňte - ten by možná dokázal uvést do (z hlediska vesmíru) pomalého líného pohybu generační kosmickou loď, která by letěla k nejbližší hvězdě tisíce let palubního času. Ovšem šance, že by tento pohon byl funkční i po tisících letech, aby umožnil u cíle zabrždění na oběžnou dráhu, pokládám za nulové... všechny alespoň trochu realistické projekty dosud počítají jen s průletovými bezpilotními sondami.

Trochu lépe než fúze dopadne antihmota... jenže... je tu jeden háček: všichni znáte určitě slavnou Einsteinovu rovnici E=mc²... jenže znáte také Ciolkovského rovnici [cs.wikipedia.org] týkající se v podstatě jakéhokoliv teoreticky myslitelného způsobu reaktivního pohonu, při kterém se zdroj energie nachází na palubě kosmické lodi ? Právě, že i pokud uvažujeme hypotetický 100% účinný fotonový pohon poháněný např. 100% účinnou anihilací antihmoty - tak nám pořád nakonec vyjdou monstra velikosti Červeného trpaslíka. Jediným realistickým navrženým opatřením je tzv. Bussard ramjet [en.wikipedia.org]- v podstatě loď, která za letu shromažďuje palivo ze svého prostředí - řídký, rozptýlený mezihvězdný plyn, soustřeďovaný pomocí magnetického pole - v praxi ovšem naše stávající technologie spíše dříve umožní cestu na Měsíc ve stylu barona Prášila, než něco podobného (viz onen článek na Wiki)

Daleko pravděpodobnější, než externí zdroj paliva, je jednoduše externí zdroj energie: např. pohon lodi laserovým či mikrovlnným svazkem, umístěným mimo loď samotnou. Ovšem i to má své háčky, a dostatečně úzké soustředěné paprsky o potřebné energii ještě dlouho nebudu schopni vyrobit - resp. budeme schopni dostatečně zajímavým způsobem urychlit maximálně tak automatizovaná tělesa o hmotnosti řádově gramů [en.wikipedia.org ](na druhou stranu - budeme jich pak schopni vysílat velká množství mnoha různými směry...). Ani k tomu ovšem nebude potřeba jaderná energie - daleko důležitější je rozvoj nanotechnologií a informačních technologií, co se této linie uvažování týče.

Co je nejspíš realistické očekávat během našeho života, co se mezihvězdných výbojů týče ? Jak jsem psal už v článku o chystané amatérské české solární plachetnici, tak překvapivě: poměrně realistickým "prvním stupněm" pro každou mezihvězdnou misi bude manévr provedený pomocí solární plachty, zahrnující relativně blízký průlet kolem Slunce (a zřejmě také gravitační urychlení při průletu kolem Venuše). Tento manévr sám o sobě má potenciál udělit sondě rychlost v řádu desítek kilometrů za sekundu (směrem od Slunce/Země), a to zcela bez spotřeby jakéhokoliv paliva. Teprve za oběžnou dráhou Marsu, po odhození již nepotřebné plachty, má cenu začít spotřebovávat nějaký druh pracovní látky a využívat energii dostupnou na palubě. Pravděpodobným druhým stupněm přinejmenším u prvních pokusů s mezihvězdným letem bude kombinace radioizotopového generátoru s iontovým pohonem, delší životnost (i když stěží lepší konstrukční číslo) by pak mohl zajistit běžný štěpný reaktor. Vzhledem k tomu, že u jakéhokoliv reaktivního pohonu hraje kromě specifického impulsu velkou roli i tzv. konstrukční číslo (poměr hmotnosti lodi k hmotnosti pracovní látky a paliva), tak se dá předpokládat, že fúzní reaktory bude ještě minimálně stovky let mimo hru...

Závěr: zamýšlet se nad motivy příznivců jaderné energie je zajímavé. Řada z nich to jistě "myslí upřímně", a věří tomu, co sami píší. Nicméně v řadě ostatních případů si troufám říct, že jde o v podstatě pseudonáboženské, iracionální přesvědčení. Řada autorů píše spoustu sáhodlouhých pro-jaderných článků, mísících relativně užitečnou popularizaci dosavadních vědeckých poznatků s vysloveně iracionalistickými a v dnešní době v podstatě již ryzce tradicionalistickými a překonanými pohledy na technologie, které případně mohou být využity při expanzi člověka do kosmu. Navzdory dosud obecně oblíbené vědecko-technologické mytologii 50. a 60. let spadá představa o kolonizaci kosmu pomocí jaderné energie s největší pravděpodobností do sféry toho druhu sci-fi, která se zabývá alternativními historiemi.

Dokázali by Římani doplout do Ameriky pomocí flotily veslic, z nichž část by vezla potraviny pro otroky-veslaře, které by se v poslední části cesty nakonec přeložily na jedinou zbylou loď, určenou k dosažení cíle, zatímco podpůrné nákladní lodě by se během cesty postupně vraceli zpět ? Proč ne.. horolezci a polárníci takhle postupovali ještě v 19. a 20. století... jenže to nic nemění na tom, že lidstvo nakonec ovládlo planetu jinak: díky plachetnicím, tedy díky využití větru, obnovitelného zdroje energie - ne díky flotilám galér poháněných otroky... a proto podobný postup očekávám i v kosmu: lidstvo se rozkouká, a začne používat místní zdroje, dostupné v novém specifickém prostředí, do kterého bude expandovat. A to navíc (stejně jako v historii) nejlépe na decentralizované, soutěživé a tržní bázi.

Kosmické lodi nebudou "létajícími jadernými elektrárnami" - ale vzejdu z úplně jiného způsobu uvažování... pohádka o kolonizaci kosmu pomocí jaderné energie zkrátka není součástí takové budoucnosti, jaká se nám jeví jakožto pozorovatelům žijícím v 21.století. A manažeři a akcionáři těžkého, jaderného a energetického průmyslu mají ve skutečnosti daleko přízemnější cíle, než je kolonizace kosmu: za vším hledejme spíše peníze, marnou touhu po neměnných životních jistotách a manažerské či vědecké kariéry...