Jaderné reaktory na kosmických lodích se používají, pokud požadované množství energie nelze získat jinými způsoby, například pomocí solárních panelů nebo izotopových zdrojů energie .
Prvním jaderným reaktorem použitým na kosmické lodi byl americký SNAP-10A , vytvořený v rámci programu SNAP (zkráceně z angl. Systems for Nuclear Auxiliary Power ). To bylo instalováno na palubu 440 kg Snapshot vypuštěný 3. dubna 1965 raketou Atlas . Letové zkoušky reaktoru měla provést do 90 dnů . Reaktor byl vyvinut společností Boeing pro letectvo a americkou komisi pro atomovou energii . Tepelný reaktor používal uran-235 jako palivo, hydrid zirkonia jako moderátor a sodno - draselnou taveninu jako chladivo . Tepelný výkon reaktoru byl asi 40 kW . Elektrický výkon dodávaný termoelektrickým měničem se pohyboval od 500 do 650 W.
Reaktor úspěšně pracoval 43 dní – do 16. května 1965. V tento den byl poprvé spuštěn experimentální iontový trychtýř instalovaný na palubě. Jeho práci provázely četné výpadky vysokého napětí, jejichž elektromagnetický impuls narušil palubní zařízení. Na falešný příkaz navíc vypadly detaily konstrukce reflektoru reaktoru, což vedlo k jeho nevratnému zaseknutí.
Sovětský termoelektrický konvertorový reaktor „Romashka“ byl poprvé spuštěn v Institutu pro atomovou energii („ Kurčatovův institut “) 14. srpna 1964. Rychlý neutronový reaktor měl tepelný výkon 40 kW a jako palivo používal karbid uranu . Termoelektrický měnič pro křemíkové - germaniové polovodičové prvky byl vyvinut a vyroben v Suchumi Institute of Physics and Technology a vyráběl výkon až 800 W.
Sergei Pavlovič Korolev zamýšlel použít Romashku na kosmické lodi v kombinaci s pulzními plazmovými tryskami . Testy Romashka skončily v polovině roku 1966, po Koroljově smrti, ale reaktor nebyl nikdy použit ve vesmíru.
Další jaderná elektrárna, BES-5 Buk , byla použita na radarovém průzkumném satelitu US-A . První přístroj této řady byl vypuštěn 3. října 1970 z Bajkonuru („ Kosmos-367 “). Samotný Buk byl vyvíjen od roku 1960 v NPO Krasnaya Zvezda.
Elektrický výkon instalace byl 3 kW s tepelným výkonem 100 kW , maximální životnost BES-5 byla 124 (podle jiných zdrojů - 135) dní. Dvousmyčková elektrárna měla rychlý neutronový reaktor BR-5A a termoelektrický generátor , chladivem obou smyček byla eutektická slitina sodíku a draslíku (bod tání −11 °C [1] ), teplota v první smyčce byla 700 °C, ve druhém 350 °C . Hmotnost celé instalace je cca 900 kg [2] [3] [4] [5] .
Aktivní zóna reaktoru se skládá z 37 palivových tyčí s minimální možnou mezerou mezi nimi. Každý palivový článek obsahuje tři uran - molybdenové bloky 55 mm dlouhé a dva beryliové bloky 100 mm dlouhé , tvořící koncové reflektory . Celková hmotnost uranu je 30 kg , obohacení 235. izotopem je až 90 %. Nádoba reaktoru v podobě šestibokého hranolu o velikosti na klíč 140 mm je obklopena bočním beryliovým reflektorem o tloušťce 100 mm . V reflektoru se může paralelně pohybovat šest beryliových tyčí - ovládání reaktoru [2] .
Boční reflektor se skládal ze samostatných částí, stažených k sobě ocelovou páskou. Předpokládalo se, že když satelit opustí oběžnou dráhu a narazí na něj v hustých vrstvách atmosféry, páska by měla rychle shořet, reflektor by se rozpadl a aktivní zóna by shořela. Po neúspěšném pádu přístroje Kosmos-954 24. ledna 1978 došlo ke změně konstrukce: všechny palivové tyče začaly být násilně vyhazovány plynovým pohonem [2] [3]
Další sovětskou vesmírnou jadernou elektrárnou byl TEU-5 Topol (Topaz-1), poprvé vypuštěný na oběžnou dráhu 2. února 1987 jako součást experimentální kosmické lodi Plasma-A ( Cosmos-1818 ). Práce na Topazu probíhají již od 60. let minulého století. Pozemní zkoušky začaly v roce 1970. Hlavním konstruktérem byla " Rudá hvězda ". [6]
Palivem v reaktoru byl na 90 % obohacený oxid uraničitý a chladivem tavenina draslíku a sodíku. [6] Reaktor měl tepelný výkon 150 kW a množství 235 U v reaktoru bylo sníženo na 11,5 kg oproti 30 kg v BES-5 Buk.
Topaz používal termionický měnič tepelné energie na elektrickou energii. [6] Takový konvertor je podobný elektronce: molybdenová katoda potažená wolframem, zahřátá na vysokou teplotu, emituje elektrony, které překonávají mezeru vyplněnou ionty cesia o nízkém tlaku a vstupují do anody. Elektrický obvod je uzavřen přes zátěž. Výstupní elektrický výkon měniče se pohyboval od 5 do 6,6 kW .
S odhadovaným zdrojem jednoho roku, již na druhé kosmické lodi Plasma-A ( Cosmos-1867 ), Topaz pracoval více než 11 měsíců .
Reaktorový konvertor "Yenisei" měl pracovat jako součást přímého televizního vysílacího satelitu "Ekran-AM", ale tento projekt byl uzavřen. Produktem byl reaktor, v jehož aktivní zóně nebyly tradiční palivové články, ale integrální kanály pro výrobu energie. Byly to „tablety“ oxidu uraničitého obohaceného až na 96 %, katoda, anoda, cesiový kanál a zbytek „potrubí“. Tepelný výkon "Yenisei" byl asi 115-135 kW, elektrický - asi 4,5-5,5 kW. Nosičem tepla byla tavenina sodíku a draslíku.
V roce 1992 Spojené státy zakoupily od Ruska dvě jaderné elektrárny Jenisej (Topaz-2) za 13 milionů dolarů. Jeden z reaktorů měl být použit po důkladných pozemních zkouškách v roce 1995 v programu Nuclear Electric Propulsion Spaceflight Test Programme [7 ] . V roce 1993 však bylo kvůli škrtům v rozpočtu rozhodnuto omezit se na pozemní testy a v roce 1996 byl projekt uzavřen.
V listopadu 2017 ve Spojených státech začalo Glenn Research Center testovat demonstrační prototyp reaktorové elektrárny Kilopower určené k výrobě elektřiny s výstupním výkonem až 10 kW a se zdrojem 10 let na povrchu Marsu [8] [9] [10] .