Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG) — это тип радиоизотопного термоэлектрического генератора (RTG), разработанный для космических миссий НАСА [1] , таких как Марсианская научная лаборатория (MSL), находящихся под юрисдикцией Управления Министерства энергетики США. Космические и оборонные энергетические системы в Управлении ядерной энергии . MMRTG был разработан отраслевой командой Aerojet Rocketdyne и Teledyne Energy Systems .
Миссии по исследованию космоса требуют безопасных, надежных и долговечных энергосистем для обеспечения электроэнергией и теплом космических кораблей и их научных приборов. Уникальным источником энергии является радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ) – по сути, ядерная батарея, которая надежно преобразует тепло в электричество. [2] Радиоизотопная энергия использовалась в восьми миссиях на околоземной орбите, в восьми миссиях к внешним планетам и в миссиях Аполлона после Аполлона-11 на Луну. Миссии за пределами Солнечной системы — это миссии «Пионер-10 и 11» , «Вояджер-1 и 2» , «Улисс» , «Галилео» , «Кассини» и «Новые горизонты ». РИТЭГи на «Вояджере-1» и «Вояджере-2» работают с 1977 года . [3] Всего за последние четыре десятилетия Соединенными Штатами было запущено 26 миссий и 45 РИТЭГов.
Твердотельные термоэлектрические пары преобразуют тепло , выделяемое при естественном распаде радиоизотопа плутония-238, в электричество . [4] Принцип физического преобразования основан на эффекте Зеебека , подчиняющемся одному из соотношений взаимности Онзагера между потоками и градиентами в термодинамических системах. Градиент температуры создает поток электронов в системе. В отличие от фотоэлектрических солнечных батарей, РИТЭГи не зависят от солнечной энергии , поэтому их можно использовать для полетов в дальний космос.
В июне 2003 года Министерство энергетики (DOE) заключило контракт на MMRTG с командой под руководством Aerojet Rocketdyne. Aerojet Rocketdyne и Teledyne Energy Systems совместно работали над концепцией конструкции MMRTG, основанной на предыдущей конструкции термоэлектрического преобразователя SNAP-19 , разработанной Teledyne для предыдущих миссий по исследованию космоса. [5] SNAP-19 использовались для миссий «Пионер-10» и «Пионер-11» [4] , а также для спускаемых аппаратов «Викинг-1» и «Викинг-2» .
MMRTG питается от восьми модулей источников тепла общего назначения (GPHS) на основе диоксида Pu-238 , предоставленных Министерством энергетики США (DOE). Первоначально эти восемь модулей GPHS генерируют тепловую мощность около 2 кВт.
В конструкции MMRTG используются термоэлектрические пары PbTe /TAGS (от Teledyne Energy Systems ), где TAGS — это аббревиатура, обозначающая материал, включающий теллур (Te), серебро (Ag), германий (Ge) и сурьму (Sb). MMRTG рассчитан на выработку электроэнергии мощностью 125 Вт в начале миссии, а через 14 лет она упадет примерно до 100 Вт. [6] При массе 45 кг [7] MMRTG обеспечивает около 2,8 Вт/кг электрической мощности в начале жизни.
Конструкция MMRTG способна работать как в космическом вакууме, так и в планетных атмосферах, например, на поверхности Марса. Цели разработки MMRTG включали обеспечение высокой степени безопасности, оптимизацию уровней мощности в течение минимального срока службы в 14 лет и минимизацию веса. [2]
Марсоход Curiosity , успешно приземлившийся в кратере Гейла 6 августа 2012 года, использует один MMRTG для подачи тепла и электричества для своих компонентов и научных инструментов. Надежное питание от ММРТГ позволит ему работать в течение нескольких лет. [2]
20 февраля 2015 года представитель НАСА сообщил, что у НАСА имеется достаточно плутония, чтобы питать еще три MMRTG, подобных тому, который используется марсоходом Curiosity . [8] [9] Один из них уже взял на себя обязательства по отправке Марса 2020 и его марсоходу Perseverance . [8] Два других не были назначены для какой-либо конкретной миссии или программы, [9] и могут быть доступны к концу 2021 года. [8]
MMRTG был успешно запущен в космос 30 июля 2020 года на борту миссии «Марс 2020» и в настоящее время используется для снабжения научного оборудования на марсоходе « Персеверанс» теплом и электроэнергией. MMRTG, используемый в этой миссии, представляет собой F-2, построенный компаниями Teledyne Energy Systems, Inc. и Aerojet Rocketdyne по контракту с Министерством энергетики США (DOE) со сроком службы до 17 лет. [10]
Предстоящая миссия NASA Dragonfly к спутнику Сатурна Титану будет использовать один из двух MMRTG, на которые команда Aerojet Rocketdyne/Teledyne Energy Systems недавно получила контракт. [11] MMRTG будет использоваться для зарядки комплекта литий-ионных батарей, а затем использовать этот источник с более высокой плотностью мощности для полета четырехместного вертолета на коротких прыжках над поверхностью Титана. [12]
Производство и внедрение MMRTG обошлось примерно в 109 000 000 долларов США , а на исследования и разработки — 83 000 000 долларов США . [13] Для сравнения, стоимость производства и внедрения GPHS-RTG составила примерно 118 000 000 долларов США .
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )