Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG) — это тип радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ), разработанный для космических миссий НАСА [1], таких как Марсианская научная лаборатория (MSL), под юрисдикцией Управления космических и оборонных энергетических систем Министерства энергетики США в составе Управления ядерной энергетики . MMRTG был разработан промышленной группой Aerojet Rocketdyne и Teledyne Energy Systems .
Миссии по исследованию космоса требуют безопасных, надежных и долговечных систем электропитания для обеспечения электроэнергией и теплом космических аппаратов 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 орбитальных миссиях на Земле, восьми миссиях к внешним планетам и миссиях Аполлона после Аполлона-11 на Луну. Внешние миссии Солнечной системы — это миссии Pioneer 10 и 11 , Voyager 1 и 2 , Ulysses , Galileo , Cassini и New Horizons . РИТЭГи на Voyager 1 и Voyager 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 естественным распадом радиоизотопа плутония-238, в электричество . [ 4] Физический принцип преобразования основан на эффекте Зеебека , подчиняющемся одному из обратных соотношений Онзагера между потоками и градиентами в термодинамических системах. Температурный градиент генерирует поток электронов в системе. В отличие от фотоэлектрических солнечных батарей, РИТЭГи не зависят от солнечной энергии , поэтому их можно использовать для миссий в дальнем космосе.
В июне 2003 года Министерство энергетики (DOE) заключило контракт на MMRTG с командой во главе с Aerojet Rocketdyne. Aerojet Rocketdyne и Teledyne Energy Systems совместно работали над концепцией дизайна MMRTG, основанной на предыдущей конструкции термоэлектрического преобразователя SNAP-19 , разработанного Teledyne для предыдущих миссий по исследованию космоса. [5] SNAP-19 использовались в миссиях Pioneer 10 и Pioneer 11 [4], а также в посадочных модулях Viking 1 и Viking 2 .
MMRTG питается от восьми модулей источника тепла общего назначения (GPHS) на основе диоксида Pu-238 , предоставленных Министерством энергетики США (DOE). Первоначально эти восемь модулей GPHS генерируют около 2 кВт тепловой мощности.
Конструкция MMRTG включает 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 125 Вт электроэнергии в начале миссии, которая снижается примерно до 100 Вт через 14 лет. [6] При массе 45 кг [7] MMRTG обеспечивает около 2,8 Вт/кг электроэнергии в начале срока службы.
Конструкция MMRTG способна работать как в вакууме космоса, так и в планетарных атмосферах, например, на поверхности Марса. Цели проектирования MMRTG включали обеспечение высокой степени безопасности, оптимизацию уровней мощности в течение минимального срока службы 14 лет и минимизацию веса. [2]
Curiosity , марсоход MSL, который успешно приземлился в кратере Гейла 6 августа 2012 года, использует один MMRTG для подачи тепла и электроэнергии для своих компонентов и научных инструментов. Надежное питание от MMRTG позволит ему работать в течение нескольких лет. [2]
20 февраля 2015 года представитель НАСА сообщил, что у НАСА достаточно плутония для питания еще трех MMRTG, подобных тому, который используется марсоходом Curiosity . [8] [9] Один использовался Mars 2020 и его марсоходом Perseverance . [8] Два других не были назначены ни для какой 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 Mars 2020 и в настоящее время используется для снабжения научного оборудования марсохода Perseverance теплом и электроэнергией. MMRTG, используемый в этой миссии, — это F-2, построенный 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 который команда Aerojet Rocketdyne/Teledyne Energy Systems недавно получила контракт. [11] MMRTG будет использоваться для зарядки набора литий-ионных батарей, а затем использовать этот источник питания с более высокой плотностью мощности для управления четырехмоторным вертолетом на коротких подлетах над поверхностью Титана. [12]
Стоимость производства и развертывания MMRTG оценивается в 109 000 000 долларов США , а стоимость исследований и разработок — в 83 000 000 долларов США . [13] Для сравнения, стоимость производства и развертывания GPHS-RTG составила приблизительно 118 000 000 долларов США .
В этой статье используются материалы из общедоступного источника Space Radioisotope Power Systems Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Получено 05.07.2016 .(pdf) Октябрь 2013 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )