Радиоизотопный нагреватель ( RHU ) — это небольшое устройство, которое обеспечивает тепло посредством радиоактивного распада . [1] Они похожи на крошечные радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) и обычно обеспечивают около одного ватта тепла каждый, получаемого за счет распада нескольких граммов плутония-238 , хотя могут использоваться и другие радиоактивные изотопы . Тепло, производимое этими RHU, выделяется непрерывно в течение нескольких десятилетий и, теоретически, до столетия или более. [2]
В космических аппаратах RHU используются для поддержания других компонентов при их рабочих температурах, которые могут сильно отличаться от температуры других частей космического аппарата. В вакууме космоса любая часть космического аппарата, которая не получает прямого солнечного света, охладится настолько, что электроника или тонкие научные приборы выйдут из строя. Они проще и надежнее других способов поддержания компонентов в тепле, таких как электрические нагреватели. [2]
Большинство лунных и марсианских зондов используют RHU для получения тепла, включая многие зонды, которые используют солнечные панели вместо RTG для выработки электроэнергии. Примерами служат сейсмометр , развернутый на Луне Apollo 11 в 1969 году, который содержал 1,2 унции (34 грамма) плутония-238; Mars Pathfinder ; и марсоходы Spirit и Opportunity . [3] RHU особенно полезны на Луне из-за ее долгой и холодной двухнедельной ночи.
Практически каждая миссия в дальний космос за пределами Марса использует как RHU, так и RTG. Солнечная инсоляция уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца , поэтому для поддержания компонентов космического корабля при номинальной рабочей температуре требуется дополнительное тепло . Часть этого тепла вырабатывается электрически, поскольку его легче контролировать, но электрические нагреватели гораздо менее эффективны, чем RHU, поскольку RTG преобразуют лишь несколько процентов своего тепла в электричество и выбрасывают остальное в космос.
Космический аппарат «Кассини-Гюйгенс», отправленный к Сатурну, содержал восемьдесят два таких блока (в дополнение к трем основным РИТЭГам для выработки электроэнергии). Сопутствующий зонд «Гюйгенс» содержал тридцать пять.
ISRO включила два радиоизотопных нагревательных устройства, разработанных Департаментом атомной энергии Индии (DAE), в двигательный модуль Chandrayaan-3 на экспериментальной основе, которые работали безупречно. [4]
Радиоизотопные нагреватели для миссий NASA использовали плутоний-238 [3] в качестве изотопа для источников тепла, поскольку радиоактивный период полураспада 87,7 лет означает, что распад изотопа не ограничит срок службы миссии. Изотоп производит 0,57 Вт тепловой мощности на грамм 238 Pu. [5]
Марсоход ExoMars Rosalind Franklin от ESA будет использовать RHU на америции-241 . Период полураспада Am-241 в пять раз больше, чем у 238 Pu, с сопутствующим снижением плотности мощности.
Советские миссии использовали другие изотопы, такие как источник тепла полоний-210, используемый в луноходах «Луноход ». [6] [7] С периодом полураспада 138,376 дней полоний-210 производит больше тепловой мощности на единицу массы, но подходит только для миссий меньшей продолжительности. Также был предложен стронций-90 . [7]
В то время как и RHU, и радиоизотопные термоэлектрические генераторы (RTG) используют тепло распада радиоактивного изотопа, RHU, как правило, намного меньше из-за отсутствия термопар и радиаторов/радиаторов, необходимых для выработки электроэнергии из тепла. И RHU, и RTG имеют прочные, термостойкие корпуса для безопасного удержания радиоизотопа в случае отказа запуска или спускаемого аппарата. Общая масса одного одноваттного RHU (включая экранирование) составляет около 40 граммов. Аналогичные схемы, такие как термоионные генераторы , также использовались.
Министерство энергетики США разработало универсальный источник тепла (GPHS) в первую очередь для использования в космосе. Эти GPHS могут использоваться по отдельности или в группах до восемнадцати для нагрева компонентов, но в основном используются в качестве источника тепла для RTG. Каждый GPHS содержит четыре топливные таблетки Pu-238 в иридиевой оболочке, высотой 5 см, площадью 10 см и весом 1,44 кг.
