Автономные источники энергия для космических аппаратов

Основная проблема всех автоматических межпланетных станций или спутников – отсутствие независимого источника энергии, питающего аппарат, а без этого, процесс освоения  исследования значительно осложняется. Использовать всегда и везде солнечные батареи далеко не выход – слишком зависимы от дальности и положения Солнца, к тому же требуют дополнительных усилий и вычислений. Именно поэтому ученые и исследователи уже десятки лет размышляют над экономным и удобным способом обеспечения космических аппаратов энергией.

Существует множество вариантов, и некоторые из них мы рассмотрим. Так еще в далеком 1913 году, ученый Генри Мозли разработал генератор, преобразующий энергию спонтанных ядерных реакций в электрический ток. Гениальная простота конструкции приковала к ней взгляды научного мира.  Посеребренная изнутри сфера, в которую помещали радий, давала возможность получить электрическую энергию, однако КПД этой батареи оказался очень мал, но вот выделение тепла, которое образовывалось в процессе – сослужило свою службу.

В советских «Луноходах» подобные капсулы применялись для обогрева приборного отсека. Не смотря на то, что капсулу рассматривал лишь как тепловыделяющий элемент, а количество выделяемой электрической энергии оставалось на слишком низком уровне – разработки в этом направлении продолжались, и ученые смогли добиться неплохого результата.  Об этом говорит хотя бы то, что силовая установка MarsScience Labaratory NASA(приземлившуюся на Марсе 6 августа 2012 года) использует силовую установку, основанную на принципе преобразования отдаваемого плутонием-238 тепла в электричество.

Разработки и доработки NASA не останавливаются на радиоизотопном генераторе. Еще более ранний проект сейчас дорабатывается и усовершенствуется в их лабораториях. В 1816 году, общественности стал известен так называемый двигатель Роберта Стирлинга. Его плюс, в отличие от радиоизотопного генератора состоит в серьезном КПД устройства – до 30% (по сравнению с 7% предыдущего генератора). Работа двигателя основана на циклическом изменении температуры рабочего тела. При нагревании – газ расширяется и приводит в действие поршень, заполняя охлаждаемую часть цилиндра. Остывая – он, соответственно сжимается.

Если читатель задумается, то представить процесс преобразования ядерной энергии в тепловую, после – в кинетическую и лишь потом в электричество, довольно сложно. А представить атомную энергоустановку с поршнем – так совсем напоминает что-то из фантастического steam-панка, однако на практике все обстоит куда легче и никаких проблем не возникает. NASA обещают уже к 2016 году выпустить подобный двигатель, а на данном этапе решают проблему поведения механизма в условиях перегрузок и изменения температур за время полета, впрочем, решение этой проблемы вряд ли окажется для специалистов чрезмерно сложной задачей.

И еще один вариант – использование в качестве генератора ядерный реактор. За всю историю космонавтики, ядерные реакторы не так часто бывали в космосе и тем более, не так часто использовались. А большая часть из этих установок так и совсем не использовали цепную реакцию, а полагались исключительно на выделяемое при распаде плутония-238 тепло. Впрочем, все это не исключает новых возможностей.

Традиционно, проблемы у реактора одни – их масса на порядок больше, чем у радиоизотопных батарей, а вот надежность гораздо ниже. Если попытаться уменьшить реактор, то появляется другая проблема – цепная реакция при падении содержания 235-го изотопа прекращается.  Более того – довольно небольшой срок службы. Конечно, возможно представить сценарий при котором отработанное горючее будет извлекаться и пройдет заправка на орбите, но затраты того не стоят (а из строя реактор будет выходить через каждый год).

Да и проблемой возвращения реактора на Землю тоже можно обеспокоиться, все таки и на планете хватает различного мусора. Так или иначе, разработки в различных направлениях решения проблемы автономного обеспечения космических аппаратов будут проводиться и дальше, а новые подходы и методы радуют уже сегодня. Остается поверить NASA и подождать 10-20 лет – именно через такой промежуток агентство обещает разрешить эту непростую задачу.