Čtvrtek 1. října 2020, svátek má Igor
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 1. října 2020 Igor

Na sovětských špionážních družicích nám nad hlavou krouží jaderné reaktory

Více než třicet jaderných reaktorů krouží na oběžné dráze Země. Vděčíme za to především Kremlu. Naprostá většina špionážních družic s obohaceným uranem totiž sloužila právě Sovětskému svazu. Oficiálně to byla vědecká zařízení, ale to za dob studené války platilo o vojenských projektech na obou znepřátelených stranách.

Ilustrace, která zachycuje představy amerických špionážních agentur o podobě sovětských „jaderných“ družic označovaných na Západě jako RORSAT v roce 1982. | foto: Ronald C. Wittmann

Než se pustíme do našeho (naštěstí jen na pohled) velmi „explozivního“ tématu, dovolme jedno upřesnění. Budeme se věnovat opravdu jen „jaderným reaktorům“. Tedy zařízením, ve kterých se velmi zjednodušeně řečeno nějakým způsobem uměle rozběhne rychlejší štěpení vhodného materiálu.

Pro výzkum kosmu se častěji používají tzv. radioizotopové termoelektrické generátory, zkráceně RTG. V těch se přirozeným tempem rozkládají prvky, které v přírodě nenajdete (třeba plutonium). Nenajdete je přirozeně právě proto, že se tak ochotně rozkládají. 

Ničit družice a ohromit svět. Sověti chystali raketoplán už v roce 1958

Archivní fotografie z letových zkoušek letounu EPOS MiG 105.11, které se...

RTG zdroje jsou poměrně běžné, do vesmíru se jich dostalo několik desítek. Jeden pohání například sondy Voyager, vozítko Curiosity na Marsu, další se používají, nebo se mají použít na lety do vzdálenějších části Sluneční soustavy, kde je sluneční záření slabší.

Na oběžné dráze Země v tuto chvíli krouží 31 družic s jaderným reaktorem. Všechny jako palivo používaly uran obohacený na úroveň, kterou lze považovat za dostatečně vhodnou pro použití v jaderných zbraních spíše než pro běžné elektrárny. Všechny jsou nefunkční a „zaparkované“ poměrně vysoko nad našimi hlavami. 

Kdo je tam poslal a proč?

S popisem reaktorů začněme v USA, a to jen z toho důvodu, že půjde o krátkou zmínku. USA vypustily do vesmíru jediný jaderný reaktor pod názvem SNAP-10A, a to v dubnu 1965.

Měl hmotnost zhruba 450 kilogramů, z čehož pouze 1,3 kilogramu připadalo na uran 235. Palivo bylo vysoce obohacené (90 procent tvořil U235, u běžných elektráren to nejsou ani čtyři procenta). Přitom vyráběl jen 35 kW tepla a pouze 600 W elektrického výkon. Nestačil by tedy v podstatě ani na většinu mikrovlnek.

Příčina tkví ve velmi neefektivním způsobu přeměny tepla v elektřinu, v případě SNAP-10A s ani ne dvouprocentní účinností. Na Zemi používáme turbíny, které dnes mají účinnosti kolem 40 procent, pro použití v kosmu se ovšem nehodí. Chce to něco jednoduššího a první, co konstruktéři mohli reálně použít, byla přímá přeměna tepla na elektřinu pomocí termoelektrického jevu.

Je to stejný princip jako u radioizotopových zdrojů. Zjednodušeně řečeno se udělá polovodičový okruh, jehož jedna část je v teple (u uranu/plutonia) a druhá v chladu. Čím větší je rozdíl v teplotách mezi oběma stranami, tím větší se vytváří napětí. V tomto případě by teplo z reaktoru vyváděl tekutý sodík. Ohříval jednu stranu obvodů, které se druhým koncem chladily ve vesmíru. Systém je jednoduchý, spolehlivý, ale bohužel velmi neúčinný, jak bylo vidět i v případě SNAPu.

Americké plány odhadovaly, že reaktor by na oběžné dráze mohl pracovat zhruba rok. Po 43 dnech ho bohužel z provozu vyřadila chyba zcela nesouvisejícího komponentu (stabilizátoru napětí), která vedla k nouzovému odstavení reaktoru a ukončení experimentu.

Schéma prototypu jaderného reaktoru NASA KiloPower s důrazem na jeho „vypínač“....

Schéma prototypu jaderného reaktoru NASA KiloPower s důrazem na jeho „vypínač“. Žlutou barvou vyznačené beryliové neutronové „zrcadlo“, správně reflektor, kterým se dá regulovat výkon reaktoru. Vlevo je před začátkem experimentu, v poloze „vypnuto“. Příliš mnoho neutronů z rozpadajícího paliva odlétá pryč do prostoru, nedokáže tedy rozbíjet další atomy a reaktor v podstatě nepracuje (nějaké rozpady v něm probíhají, ale na výrobu elektřiny to nestačí). Vpravo jsou reflektory zasunuté kolem „jádra“, tzv. aktivní zóny a reaktor tedy jede na plný výkon, protože maximum neutronů vzniklých při rozpadu se odráží znovu do prostoru, kde je palivo a kde štěpí další a další atomy.

Na sledování moří

SNAP-10A stále je na oběžné dráze, ale čelí mnohonásobné ruské přesile. Na rozdíl od USA totiž SSSR používal jaderné reaktory na družicích systematicky. Všechny zbylé tři desítky reaktorů na oběžné dráze jsou tedy „Cделано в СССР“.

Obecně a poněkud zjednodušeně se uvádí, že Kreml využil svých silných nosičů, aby kompenzoval slabost elektroniky. Reaktory sloužily jako zdroj pro velmi „hladové“ radary na palubě špionážních družic, které měly sledovat hladinové lodě USA a jejich spojenců. 

  • SSSR - Sovětský svaz (Советский Союз, Sovětskij Sojuz), oficiálním názvem Svaz sovětských socialistických republik. Zkratka SSSR nebo v azbuce CCCP.

  • Rusko (Россия, Rossija), oficiální název Ruská federace (Российская Федерация).

Ruská federace (Rusko) je hlavním následnickým státem Sovětského svazu (SSSR), který se rozpadl roku 1991.

Oficiálně všechny tyto družice nesly název Kosmos, protože byly označovány za prostředky vědeckého výzkumu Země. Ruský název pro řadu byl Управляемый Спутник Активный (tedy Ovladatelná aktivní družice), na Západě se vžila zkratka RORSAT.

Radary na palubě těchto družic potřebovaly cca 1 kW elektřiny, satelity se přitom pohybovaly po dráze od jednoho pólu k druhém - což znamená, že polovinu času byly ve tmě. Navíc využitelnost radarů rychle klesá se zvyšující se vzdáleností (přesně se čtvrtou mocninou), a tak satelity musí být na nízkých oběžných drahách. Na nich by však fotovoltaické panely stále ještě představovaly aerodynamickou zátěž. Proto padla volba na využití jaderných reaktorů.

Většina, 31 z celkem 33 družic této řady (seznam např. zde), měla na palubě reaktor nazvaný BES-5 (či „Buk“). Palivem byl vysoce obohacený uran (90 procent tvořil aktivní izotop 235U), kterého je na palubě údajně zhruba od 30 do 45 kilogramů. 

Celý reaktor má hmotnost 900 kilogramů a vyráběl 100 kilowattů tepla. Elektřina se vyráběla termoelektricky, takže nepříliš účinně. Elektrický výkon byl zhruba od 1,3 do 4 kW. Maximální délka provozu byla půl roku, v praxi to častěji bylo něco mezi čtyřmi až pěti měsíci.

V SSSR vyvíjeli pro vesmírné využití ještě několik dalších reaktorů. Tím nejpokročilejším typem, který SSSR do vesmíru skutečně dostal, byl v roce 1987 typ označovaný jako TOPAZ. Stejně jako předchozí BES-5 pracuje s vysoce obohaceným palivem, aby mohl být reaktor co nejlehčí a nejvýkonnější. 

Ovšem design byl odlišný. Šlo o reaktor chlazený tekutým kovem (konkrétně slitinou sodíku a draslíku), který měl pracovní teplotu cca 610 °C (maximální teplota v aktivní zóně mohla být až třikrát vyšší).

Maketa jaderného reaktoru TOPAZ, který se do vesmíru dostal ve dvou exemplářích...

Maketa jaderného reaktoru TOPAZ, který se do vesmíru dostal ve dvou exemplářích v druhé polovině 80. let. Maketa je umístěna v Polytechnickém muzeu v Moskvě.

Vysoká teplota se využila při výrobě elektřiny. Používalo se jiného procesu než u BES-5 či Voyageru, a to tzv. termionické přeměny. Tento jev byl v roce 1893 objeven v Edisonových laboratořích. Velmi jednoduše řečeno znamená, že některé materiály při velmi vysokých teplotách uvolňují elektrony, což je také způsob, jak přímo z tepla vyrábět elektřinu. 

Vývoz zpět do rodné země zakázán

V roce 1991 byl na vědecké konferenci o využití jaderné energie v kosmu v americkém Albuquerque vystaven nefunkční technologický prototyp reaktoru TOPAZ. Byl to tedy v podstatě velmi věrný model, který nebyl připraven k provozu.

Organizátory velmi překvapilo, když americký úřad pro regulaci jaderné energie Nuclear Regulatory Commission rozhodl, že se exponát nesmí vrátit do země svého původu. Podle něj šlo o zařízení, které by šlo upravit do funkční podoby a tedy využít k výrobě jaderné energie. A vývoz všech jaderných technologií z USA do SSSR zákon zakazoval.

Trvalo celkem pět měsíců, než se problém podařilo obejít. Úřad nakonec po dlouhých jednáních změnil klasifikaci zařízení, aby nešlo o „v jaderném odvětví využitelný“ komponent, a TOPAZ se znovu mohl vrátit do Ruska.

Účinnost je o něco vyšší než u termoelektrických článků, ale teploty musí být výrazně vyšší. Vyvinout materiály, které splní všechny nároky včetně odolnosti proti radiaci, není triviální a v materiálovém ohledu byl po skončení studené války jeho nástupce TOPAZ-II, o kterém bude ještě řeč, zajímavým studijním materiálem.

Díky zvýšení účinnosti výroby elektřiny na zhruba pět procent (z cca 1-2 procent) se snížila hmotnost celého reaktoru i paliva na palubě. TOPAZ dodával 5-10 kW údajně až po dobu jednoho roku při celkové hmotnosti 320 kilogramů a jen s 12 kilogramy uranového paliva.

Existovala již zmíněná vylepšená varianta TOPAZ-II, která byla připravena k cestám na oběžnou dráhu, ale nakonec putovala jen po Zemi. Šlo o větší zařízení s hmotností kolem tuny, které mělo zhruba stejné výkony (vyrábělo 135 kW tepla, 6 kW elektrických), ale díky své velikosti mohlo energii dodávat delší dobu, údajně zhruba tři roky. V aktivní zóně bylo zhruba 27 kilogramů paliva.

TOPAZy-II už SSSR ani Rusko do vesmíru nevyslalo. V 90. letech krátce žila naděje, že by mohly letět ve spolupráci s cizinou, dokonce se několik zařízení na Západě intenzivně testovalo, údajně úspěšně. Konkrétní výsledek v podobě letu se ovšem nedostavil. 

Záběr přes okno vakuové komory na test zařízení pro reaktor Kilopower...

Záběr přes okno vakuové komory na test zařízení pro reaktor Kilopower připravovaný NASA. Konkrétně šlo o zkoušku přenosu tepla pomocí pasivního systému teplovodných trubek s tekutým sodíkem. Teplota v systému je více než 800 ˚C.

Kdy nám to spadne na hlavu? Čas máme

Tolik k tomu, jaké reaktory na oběžné dráze jsou. Ale co bude, až se na ní neudrží? Naštěstí tato otázka nenapadla jen nás, ale i konstruktéry a zadavatele.

Díky tomu můžeme říci, že nebezpečí, které od těchto „vraků“ hrozí, je směšně malé. Družice a jejich reaktory byly postaveny tak, aby měly několik pojistek. Jak jsme již uváděli, reaktory sloužily svému účelu poměrně krátkou dobu. Po skončení životnosti u drtivé části naskočila naprogramovaná „pojistka“ a raketový motor reaktorovou část vynesl na vyšší oběžné dráhy (téměř kruhové dráhy cca 800 až 900 kilometrů nad povrchem).

Začátky vesmírné špionáže: Úspěch vymazal stovky ruských raket

Špionážní satelit KH-4 programu Corona obsahoval dva návratové moduly, které na...

Na té by měly zůstat tak dlouho, že v „dohledné době“ nebudou představovat problém. Neznamená to, že na Zem se případně vrátí zcela neaktivní. Většina U235 na palubě se během doby fungování reaktoru přeměnila na jiné prvky, které obecně řečeno se rozpadají relativně rychle. V době návratu satelitu na Zem nejdříve za několik set let a spíše později by tedy celkový zářivý výkon materiálu satelitu měl být mnohonásobně nižší než v okamžiku startu.

Neštěstí ovšem nechodí jen po lidech, a v několika případech vše nezafungovalo, jak mělo. Například jediná americká „jaderná“ družice SNAPSHOOT s reaktorem SNAP-10A na palubě byla po ukončení provozu sice zaparkována na vysoké oběžné dráze, ale v bezpečí přesto evidentně nebyla. V roce 1979 se z ní postupně začaly „drobit“ menší kusy, dnes už jich máme napočítaných více než 110. Většina z nich je vysloveně drobných, menších než deset centimetrů.

V roce 1985 se také z neznámých důvodů na oběžné dráze rozpadla družice Kosmos 1461. Celkem se rozložila na 180 kousků, z nichž je ještě několik na oběžné dráze. Neměla by spadnout brzy, řádově až za tisíce let.

Tento konkrétní problém tedy nejspíše přenecháme budoucím generacím. S dovětkem, že to asi nebude ten největší problém, který po nás zdědí. 

Tři družice z „jaderné řady“ na Zemi nicméně již dopadly. Konkrétně to byl Kosmos 556 (v roce 1973), 954 (v roce 1977) a 1402 (v roce 1983). Dva z nich spadly do oceánu, Kosmos 556  do Tichého oceánu krátce po startu kvůli selhání nosné rakety. Kosmos 1402 se rozpadl při pokusu o vynesení reaktoru na vyšší dráhu ve třech větších kusech mezi 30. prosincem 1982 a 7. únorem roku následujícího. Poslední padl k zemi právě reaktor a zanikl nad jižním Atlantikem.

Třetí z postižených, Kosmos 954, byl jediný, který dopadl na pevninu. Smůlu v loterii měla Kanada.

Konec prvního dílu. Jak nejslavnějšího havárie jaderného satelitu dopadla, se dočtete ve středečním pokračování článku.

  • Nejčtenější

Překvapivé simulace: Roušky a respirátory chrání lépe, než byste řekli

Jak pomáhá ochrana obličeje zastavit šíření epidemie? Lépe, než by se na první pohled zdálo. Lidé totiž často...

KOMENTÁŘ: Za kostku cukru se necháme sledovat, ale z eRoušky se panikaří

Aplikaci eRouška si zatím nainstalovalo přes 400 000 lidí. Je pro mne nepochopitelné, proč to číslo není o nulu delší....

Exponenciální růst mate i experty. Vyzkoušejte si, čím je tak nebezpečný

S nárůstem infekcí covid-19 se v Česku znovu mluví o exponenciálním růstu. A řada lidí – včetně expertů – toto spojení...

Je to taghle zprávňe? Skotská wikipedie má neuvěřitelný problém

Poněkud přeexponovaný vtípek nešťastně snaživého grafomana, nebo rafinovaná ukázka kulturního vandalismu? Případ...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Krize leteckého průmyslu. Letadla končí ve šrotu, levné letenky zdraží

Letecký průmysl má za sebou mnoho těžkých období, vždycky z nich však nakonec vyšel efektivnější a silnější. Současná...

Nebezpečná místa Česka: pražské hlavní nádraží. Třicet let zde vládne podsvětí

Premium Reportéři MF DNES mapují místa, která podle statistik nejsou výjimečně nebezpečná. Ve skutečnosti jde o no-go zóny,...

Felák, flexit nebo chillovat. Slovník dnešní mládeže uvádí rodiče do rozpaků

Premium Ač to možná ani netušíte, nejspíš i kolem vás denně chodí shiperky, které flexí s teniskami nebo iPhonem, díky čemuž...

Už nebudu kandidovat, odejdu z politiky, říká exministr Adam Vojtěch

Premium Jsem odolný, ale už toho bylo hodně, vysvětluje svůj odchod exministr. Babiš ho podle něj trochu čekal. V rozhovoru pro...

  • Další z rubriky

ČSD nasadily první patrové vlaky počátkem 60. let díky soudruhům z NDR

Charakteristické čtyřvozové patrové jednotky tmavě zelené barvy si pořídily Československé státní dráhy především pro...

Areál Temelína je letos nepřístupný. Čtenáři iDNES Premium mohou mít výjimku

Vzhledem k rozšíření koronaviru se jaderné elektrárna Temelín letos zavřela před světem ještě ve větší míře, než je...

Rakety, které nás mají dostat na Mars, už skáčou. Ale přistávají nakřivo

Nezaměnitelné ocelové nové prototypy kosmických lodí společnosti SpaceX za sebou mají první malé „skoky“.

Letadlo bez trupu bude pohodlné. Turbulence vyřeší počítače, tvrdí pilot

Žádný trup, cestující i náklad v křídle. Je letoun ve tvaru „V“, jehož model na začátku září úspěšně prošel první...

Maminky, nenechte si ujít testování dětské kosmetiky sebamed Baby!
Maminky, nenechte si ujít testování dětské kosmetiky sebamed Baby!

Pokožka vašeho miminka si zaslouží jen tu nejlepší péči. Vyzkoušejte s námi řadu sebamed Baby, která byla vyvinuta speciálně pro potřeby citlivé...

Herec Petr Čtvrtníček se nakazil koronavirem, leží v nemocnici na JIP

Herec Petr Čtvrtníček (56) skončil kvůli covidu-19 v nemocnici. Minulý týden měl pozitivní testy, a když se mu...

Chci se více věnovat ženě, v plánu je i založení rodiny, říká Adam Vojtěch

Bývalý ministr zdravotnictví Adam Vojtěch (33) se po odchodu z funkce těší na chvilky strávené s přáteli a s manželkou...

Čtvrtníček z nemocnice vtipkuje. Mluví o dýchání i pohlavní nemoci

Herec Petr Čtvrtníček (56) sice kvůli těžšímu průběhu covidu-19 musel do nemocnice, humor ho ovšem neopouští. Svým...

Na Tinderu jsem se nestačila divit, popisuje redaktorka seznamování

Seznamovací aplikace využívá devětapadesát procent Čechů. A to už je dost na to, aby nám dokázaly pěkně zamíchat...

Překvapivé simulace: Roušky a respirátory chrání lépe, než byste řekli

Jak pomáhá ochrana obličeje zastavit šíření epidemie? Lépe, než by se na první pohled zdálo. Lidé totiž často...