Juba raketi- ja kosmosetööstuse arengu algusjärgus ilmusid esimesed ettepanekud erinevate tuumatehnoloogiate kasutamiseks. Pakuti välja ja töötati välja erinevaid tehnoloogiaid ja üksusi, kuid ainult mõned neist jõudsid tegelikule tööle. Tulevikus on oodata põhimõtteliselt uute lahenduste kasutuselevõttu.
Esimene kosmoses
1954. aastal loodi USA -s esimene radioisotoopide termoelektriline generaator (RTG või RTG). RTG põhielement on radioaktiivne isotoop, mis laguneb soojusenergia eraldumisel looduslikult. Termoelemendi abil muundatakse soojusenergia elektrienergiaks, mis tarnitakse tarbijatele.
RTG peamine eelis on pikaajalise töö võimalus stabiilsete omadustega ja ilma hoolduseta. Eluiga määratakse valitud isotoobi poolväärtusaja järgi. Samal ajal iseloomustab sellist generaatorit madal kasutegur ja väljundvõimsus ning see vajab ka bioloogilist kaitset ja asjakohaseid ohutusmeetmeid. RTG -d on aga leidnud rakendust mitmetes erinõuetega valdkondades.
1961. aastal loodi USA-s SNAP 3B tüüpi RTG, milles oli 96 g plutooniumi-238 kapslis. Samal aastal läks sellise generaatoriga varustatud satelliit Transit 4A orbiidile. Sellest sai esimene kosmoselaev Maa orbiidil, mis kasutas tuuma lõhustumise energiat. 1965. aastal lasi NSV Liit kosmosesse satelliidi Kosmos-84, mis on esimene Orion-1 RTG-seade, mis kasutab poloonium-210.
Seejärel kasutasid kaks suurriiki aktiivselt RTG -sid kosmosetehnoloogia loomiseks erinevatel eesmärkidel. Näiteks viimastel aastakümnetel on mitmed Marsi rändurid saanud toite radioaktiivsete elementide lagunemisest. Sarnaselt on ette nähtud ka Päikesest eemalduvate missioonide toide.
Enam kui poole sajandi jooksul on RTG -d tõestanud oma võimeid mitmel alal, sh. kosmosetööstuses, kuigi need jäid spetsiifilisteks ülesanneteks spetsiaalseteks vahenditeks. Kuid sellises rollis aitavad radioisotoopigeneraatorid kaasa tööstuse arengule, teadustööle jne.
Tuumarakett
Varsti pärast kosmoseprogrammide algust hakkasid juhtivad riigid välja töötama tuumaraketimootori loomise küsimust. Välja on pakutud erinevaid arhitektuure, millel on erinevad tööpõhimõtted ja erinevad eelised. Näiteks Ameerika projektis Orion pakuti välja kosmoseaparaat, mis kasutab kiirendamiseks väikese võimsusega tuumalõhkepeade lööklainet. Samuti töötati välja tuttavama välimusega kujundused.
Viiekümnendatel ja kuuekümnendatel töötasid NASA ja sellega seotud organisatsioonid välja mootori NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Selle põhikomponent oli avatud tsükliga tuumareaktor. Töövedelikku vedela vesiniku kujul tuli reaktorist kuumutada ja väljutada läbi düüsi, tekitades tõukejõu. Seda tüüpi tuumamootor oli disainilahenduste poolest parem kui traditsioonilised keemilised kütusesüsteemid, kuigi see oli töö ajal ohtlikum.
Projekt NERVA pandi proovile erinevate komponentide ja kogu koostuga. Katsete ajal lülitati mootor 28 korda sisse ja töötas peaaegu 2 tundi. olulisi probleeme ei olnud. Projekt aga edasi ei arenenud. Kuuekümnendate ja seitsmekümnendate aastate vahetusel piirati Ameerika kosmoseprogrammi tõsiselt ja loobuti NERVA mootorist.
Samal perioodil tehti sarnast tööd NSV Liidus. Paljutõotav projekt tegi ettepaneku kasutada mootorit reaktoriga, mis soojendab töövedelikku vedela vesiniku kujul. Kuuekümnendate alguses loodi sellise mootori jaoks reaktor ja hiljem alustati tööd ülejäänud üksustega. Pikka aega jätkus erinevate seadmete testimine ja arendamine.
Seitsmekümnendatel läbis valmis mootor RD-0410 rea põlemiskatseid ja kinnitas peamised omadused. Projekt ei saanud aga suure keerukuse ja riskide tõttu edasi arendada. Kodumaine raketi- ja kosmosetööstus kasutas jätkuvalt "keemilisi" mootoreid.
Kosmosepuksiirid
Edasiste uurimis- ja projekteerimistööde käigus USA-s ja meie riigis jõudsid nad järeldusele, et NERVA või RD-0410 tüüpi mootoreid on otstarbetu kasutada. 2003. aastal alustas NASA tuumaelektrijaamaga kosmoselaeva põhimõtteliselt uue arhitektuuri katsetamist. Projekti nimi oli Prometheus.
Uues kontseptsioonis tehti ettepanek ehitada kosmoseaparaat, mille pardal oleks täisväärtuslik reaktor, mis varustaks elektrit, samuti ioonjugamootor. Selline aparaat võiks leida rakendust pikamaa uurimismissioonidel. "Prometheuse" arendamine osutus aga ülemäära kulukaks ja tulemusi oodati alles kauges tulevikus. 2005. aastal suleti projekt väljavaadete puudumise tõttu.
2009. aastal alustati sarnase toote väljatöötamist Venemaal. "Transpordi- ja jõumoodul" (TEM) või "kosmosetõstuk" on ette nähtud megavattklassi tuumaelektrijaama vastuvõtmiseks koos ID-500 ioonmootoriga. Kosmoselaev on kavandatud monteerimiseks Maa orbiidile ja seda kasutatakse erinevate koormuste transportimiseks, muude kosmoseaparaatide kiirendamiseks jne.
TEM -projekt on väga keeruline, mis mõjutab selle maksumust ja ajastust. Lisaks tekkis palju organisatsioonilisi probleeme. Sellegipoolest võeti kümnendiku keskpaigaks TEM-i üksikud komponendid testimiseks välja. Töö jätkub ja võib tulevikus kaasa tuua tõelise "kosmosetõmbe" tekkimise. Sellise aparaadi ehitamine on planeeritud kahekümnendate aastate teise poole; kasutuselevõtt - 2030
Tõsiste raskuste puudumisel ja kõigi plaanide õigeaegse täitmise korral võib TEM -ist saada oma klassi esimene kasutusele võetud toode maailmas. Samal ajal on teatud ajavaru, välistades samal ajal võimaluse konkurentide õigeaegseks ilmumiseks.
Perspektiivid ja piirangud
Tuumatehnoloogiad pakuvad raketi- ja kosmosetööstusele suurt huvi. Esiteks võivad kasulikud olla eri klasside elektrijaamad. RTG -d on juba rakendust leidnud ja mõnes valdkonnas kindlalt juurdunud. Täisväärtuslikke tuumareaktoreid ei kasutata veel nende suurte mõõtmete ja massi tõttu, kuid sellise varustusega laevadel on juba arengut.
Juhtivad kosmose- ja tuumajõud on mitu aastakümmet töötanud välja ja katsetanud praktikas mitmeid originaalseid ideid, määranud nende elujõulisuse ja leidnud peamised rakendusvaldkonnad. Sellised protsessid jätkuvad tänapäevani ja tõenäoliselt annavad need peagi uusi praktilisi tulemusi.
Tuleb märkida, et tuumatehnoloogiad pole kosmosesektoris laialt levinud ja see olukord tõenäoliselt ei muutu. Samal ajal osutuvad need teatud valdkondades ja projektides kasulikuks ja paljutõotavaks. Ja just nendes niššides on olemasolev potentsiaal juba realiseeritud.
