|
Ядерная батарея навсегда изменит освоение космоса
|
|
|
|
Космос, по крайней мере, насколько мы можем себе представить, бесконечен. Запас ракетного топлива ограничен. Хотя мы еще не нашли способа предотвратить распыление космических аппаратов на расстоянии световых лет от Земли, у НАСА есть еще один лучший способ — радиоактивный.
|
|
|
|
С начала 1960-х годов НАСА использует радиоизотопные системы питания (RPS), в которых используются ядерные батареи, для обеспечения энергией таких миссий, как "Вояджеры", "Новые горизонты", "Кьюриосити" и, совсем недавно, "Персеверанс". (Квадрокоптер Dragonfly, предназначенный для исследования метановых озер и морей на спутнике Сатурна Титане, также будет использовать RPS.) Радиоизотопы - это нестабильные элементы, которые могут восстановить стабильность, только разрушаясь, и именно разрушение радиоизотопов приводит к выделению тепла, которое поддерживает работу батареи.
|
|
|
|
Хотя это может показаться достаточно футуристичным, НАСА намерено усовершенствовать его. Космическое агентство десятилетиями использовало плутоний-238, или оксид плутония, в качестве топлива. Период полураспада этого изотопа - время, необходимое для снижения радиоактивности до половины первоначального уровня — составляет почти 88 лет. В настоящее время, однако, изотоп америций-241 рассматривается для будущих миссий. Имея период полураспада почти в 433 года, он служит на столетия дольше, чем плутоний-238, и может заставить космические аппараты отправляться гораздо дальше в неизведанное.
|
|
|
|
|
|
|
Радиоизотопы должны соответствовать строгим критериям НАСА для участия в миссиях. Во-первых, какую бы форму они ни принимали, они должны быть нетоксичными (или минимально токсичными) для организма, а также нерастворимыми, чтобы организм не мог их легко усваивать. Как таковое, топливо обычно имеет керамическую форму, поэтому вместо того, чтобы испаряться и потенциально вдыхаться, оно распадается на крупные фрагменты, которые не могут быть поглощены, даже если их проглотить.
|
|
|
|
С другой стороны, приборы космических аппаратов также должны быть в безопасности, поэтому любые радиоизотопы, используемые в аккумуляторах, должны иметь достаточно длительный период полураспада, оставаться стабильными при высоких температурах и в небольшом количестве выделять тепло. Это позволяет им поддерживать в рабочем состоянии орбитальные аппараты, марсоходы и космические телескопы в течение десятилетий.
|
|
|
|
До сих пор удавалось пропускать только плутоний-238. Но в январе 2025 года исследовательский центр НАСА имени Гленна (Glenn Research Center) и Лестерский университет в Великобритании объединили усилия и договорились провести тест-драйв америция-241. Они также рассматривают возможность использования оптимального метода выработки электроэнергии из этого радиоактивного топлива — вместо системы, которая может питать космический корабль только от коленчатого вала, свободнопоршневой преобразователь Стирлинга позволяет поршням плавать внутри двигателя в условиях микрогравитации (НАСА использует их уже много лет). В 2020 году преобразователь в Glenn, работавший на RPS, проработал 14 лет без технического обслуживания.
|
|
|
|
“Этот новый этап особенно важен”, - сказал Уэйн Вонг, руководитель подразделения Glenn по преобразованию тепловой энергии, в пресс-релизе, опубликованном в то время. “В предыдущих проектах полета было определено, что требуемая продолжительность полета для RPS составляет 14 лет, особенно для полетов к внешним планетам с длительным временем полета”.
|
|
|
|
Производство плутония-238 было приостановлено на 30 лет до 2011 года, когда НАСА получило государственное финансирование для оказания поддержки Управлению ядерной энергетики Министерства энергетики США в возобновлении производства для космических полетов. В настоящее время этот изотоп производится в Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL), Национальной лаборатории Айдахо (INL) и ряде других предприятий. В настоящее время в Лос-Аламосской национальной лаборатории проводится усовершенствование процесса производства америция-241 для повышения эффективности и безопасности.
|
|
|
|
Тем временем "Вояджеры" продолжают удаляться все дальше и дальше от Солнечной системы, по-прежнему питаясь от RPS, прокладывая путь для будущих миссий.
|
|
|
|
Источник
|
