Радиоизотопный генератор Стирлинга ( SRG ) — это тип радиоизотопного генератора, основанный на двигателе Стирлинга, работающем от большого радиоизотопного нагревательного блока . Горячий конец преобразователя Стирлинга достигает высокой температуры, а нагретый гелий приводит в движение поршень, при этом тепло отводится на холодном конце двигателя. Генератор или генератор переменного тока преобразует движение в электричество. Учитывая очень ограниченные поставки плутония , преобразователь Стирлинга примечателен тем, что вырабатывает примерно в четыре раза больше электроэнергии из плутониевого топлива по сравнению с радиоизотопным термоэлектрическим генератором (РИТЭГ).
Генераторы Стирлинга были широко протестированы на Земле NASA , но их разработка была отменена в 2013 году до того, как они могли быть развернуты в реальных космических миссиях. Похожий проект NASA, который все еще находится в стадии разработки, называется Kilopower , также использует двигатели Стирлинга, но использует небольшой реактор деления урана в качестве источника тепла.
Разработка технологий цикла Стирлинга и Брайтона велась в исследовательском центре NASA Glenn Research Center (ранее NASA Lewis) с начала 1970-х годов. Двигатель Space Demonstrator Engine (SPDE) был самым ранним двигателем мощностью 12,5 кВт на цилиндр, который был спроектирован, построен и испытан. Более поздний двигатель такого размера, Component Test Power Converter (CTPC), использовал нагревательную головку с тепловой трубкой «Starfish» вместо насосного контура, используемого в SPDE. В период 1992-93 годов эта работа была остановлена из-за прекращения работы над связанной с ней ядерной энергетической системой SP-100 и нового акцента NASA на «лучшие, быстрые, дешевые» системы и миссии.
В 2020 году свободнопоршневой преобразователь энергии Стирлинга достиг 15 лет без технического обслуживания и без деградации в совокупной работе в исследовательской лаборатории Стирлинга в NASA Glenn. [1] [2] Эта продолжительность равна расчетному сроку эксплуатации MMRTG и является типичной для типичных концепций миссий, разработанных для исследования внешних планет или даже более отдаленных объектов пояса Койпера . Этот блок, называемый технологическим демонстрационным преобразователем (TDC) № 13, является старейшим из нескольких преобразователей, которые не показали никаких признаков деградации. С 2017 года программа NASA Radioisotope Power Systems в NASA Glenn продолжила разработку нескольких технологий-кандидатов для первого динамического RPS, который будет летать в космосе, включая конструкции, основанные на рекордном TDC № 13 и преобразователе Стирлинга на основе газового подшипника, который использовался в ASRG. Небольшая турбосистема Брайтона также находится в стадии разработки. Несколько жизнеспособных конструкций генераторов в диапазоне 100-500 Вт появились в результате продолжающихся усилий по разработке технологии динамического преобразования. В ближайшей перспективе лунная демонстрационная миссия с использованием динамического RPS в рамках программы NASA Artemis может стать первой возможностью для использования DRPS в космических полетах. Использование DRPS в полезной нагрузке, приземляющейся на Луне, позволило бы ей выживать и продуктивно работать в течение очень холодных двухнедельных лунных ночей или в постоянно затененных кратерах вблизи полюсов Луны.
В начале 21 века был реализован крупный проект, использующий эту концепцию: усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга (ASRG), источник питания на основе 55-ваттного электрического преобразователя. [3] [4] [5] Источником тепловой энергии для этой системы был универсальный тепловой источник (GPHS). Каждый GPHS содержал четыре топливных таблетки Pu-238 в иридиевой оболочке , имел высоту 5 см и площадь 10 см и весил 1,44 кг. Горячий конец преобразователя Стирлинга достигал 650 °C, а нагретый гелий приводил в движение свободный поршень, совершающий возвратно-поступательные движения в линейном генераторе переменного тока, при этом тепло отводилось на холодном конце двигателя. Переменный ток (AC), вырабатываемый генератором переменного тока, затем преобразовывался в постоянный ток (DC) мощностью 55 Вт . Каждый блок ASRG использовал два преобразователя Стирлинга с тепловой мощностью около 500 Вт, подаваемой двумя блоками GPHS, и выдавал 100–120 Вт электроэнергии. ASRG прошел квалификационные испытания на полигоне Гленн в качестве источника питания для будущей миссии NASA.
ASRG был разработан во многих предложениях по миссиям в эту эпоху, [6] но был отменен в 2013 году, [7] из-за бюджетных ограничений NASA. [8]