Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор
Ядерный тепловой источник, тепло которого преобразуется в электричество
Схема MMRTG.

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 .

Фон

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.

Функция

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.

История

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 .

Конструкция и характеристики

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]

Использование в космических миссиях

Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор Марсианской научной лаборатории .

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 марсоходом 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]

Расходы

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 .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Радиоизотопные энергетические системы для исследования космоса" (PDF) . Лаборатория реактивного движения . Март 2011. Архивировано из оригинала (PDF) 2019-05-18 . Получено 2015-03-13 .
  2. ^ abc Общественное достояние 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.
  3. ^ Бехтель, Райан. "Radioisotope Missions" (PDF) . Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-02-01.
  4. ^ ab SNAP-19: Pioneer F & G, Заключительный отчет Архивировано 01.04.2018 в Wayback Machine , Teledyne Isotopes, 1973
  5. ^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-12-16 . Получено 2011-11-21 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  6. ^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2012-08-09 . Получено 2009-05-12 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  7. ^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2014-02-02 . Получено 2013-04-22 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  8. ^ abc Leone, Dan (11 марта 2015 г.). "US Plutonium Stockpile Good for Two More Nuclear Batteries after Mars 2020". Космические новости . Получено 12.03.2015 .
  9. ^ ab Moore, Trent (12 марта 2015 г.). «NASA может изготовить только три дополнительных аккумулятора, подобных тому, что питает марсоход». Blastr . Архивировано из оригинала 2015-03-14 . Получено 2015-03-13 .
  10. ^ Кэмпбелл, Колин. «Марсоход NASA Mars 2020 Perseverance готовится к запуску в космос в четверг с источником питания, построенным в долине Хант». Baltimore Sun . Получено 16 февраля 2021 г.
  11. ^ "Aerojet Rocketdyne получает контракт на поставку еще двух MMRTG для будущих миссий по исследованию дальнего космоса". Bloomberg.com . 12 февраля 2021 г. Получено 16 февраля 2021 г.
  12. ^ ""Стрекоза: новейший ядерный космический аппарат НАСА"". Beyond NERVA . 9 июля 2019 г. Получено 28 октября 2020 г.
  13. ^ Вернер, Джеймс Элмер; Джонсон, Стивен Гай; Дуайт, Карла Челан; Лайвли, Келли Линн (июль 2016 г.). Сравнение стоимости в долларах 2015 г. радиоизотопных энергетических систем — Кассини и научная лаборатория Марса (отчет). doi : 10.2172/1364515 . OSTI  1364515.
На Викискладе есть медиафайлы по теме Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG) .
  • Сайт NASA Radioisotope Power Systems – страница RTG
  • Страница MMRTG Национальной лаборатории Айдахо с фото-"виртуальным туром"
  • Министерство энергетики США начнет производство нового плутония-238 в 2019 году
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Многоцелевой_радиоизотопный_термоэлектрический_генератор&oldid=1232838381"