Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор
Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (ММРТГ) - это тип радиоизотопного термоэлектрического генератора (РТГ), разработанный для НАСА. космических миссий [1] такие как Марсианская научная лаборатория (MSL), находящаяся под юрисдикцией Управления космических и оборонных энергетических систем Министерства энергетики США в составе Управления ядерной энергии . MMRTG был разработан отраслевой командой Aerojet Rocketdyne и Teledyne Energy Systems .
Фон
[ редактировать ]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.
Функция
[ редактировать ]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 взаимных соотношений 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.
История
[ редактировать ]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 Pioneer 10 и Pioneer 11. в миссиях [4] а также спускаемые аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2» .
Дизайн и характеристики
[ редактировать ]MMRTG питается от восьми Pu-238 (GPHS) на основе диоксида модулей источников тепла общего назначения , предоставленных Министерством энергетики США (DOE). Первоначально эти восемь модулей GPHS генерируют тепловую мощность около 2 кВт.
В конструкции MMRTG используются PbTe термоэлектрические пары /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 электроэнергии 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]
Использование в космических миссиях
[ редактировать ] | Этот раздел необходимо обновить . ( март 2023 г. ) |
Curiosity Марсоход , 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 использовался марсоходом Mars 2020 и его Perseverance марсоходом . [8] Двое других не были назначены на какую-либо конкретную миссию или программу. [9] и может быть доступен 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]
Расходы
[ редактировать ]MMRTG обошлось примерно в 109 000 000 долларов США Производство и внедрение , 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 .
См. также
[ редактировать ]
- Усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга
- Ядерная энергетика в космосе
- Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ)
- Термоэлектрический эффект :
- Эффект Зеебека : генерация электрического тока из температурного градиента.
- Эффект Пельтье : создание температурного градиента за счет электрического тока.
- Эффект Томсона : нагрев или охлаждение проводника с током при градиенте температуры.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Радиоизотопные энергетические системы для исследования космоса» (PDF) . Лаборатория реактивного движения . Март 2011 г. Архивировано из оригинала (PDF) 18 мая 2019 г. Проверено 13 марта 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б с
В этой статье использованы общедоступные материалы из Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор космических радиоизотопных энергетических систем (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Проверено 5 июля 2016 г. (pdf) октябрь 2013 г. - ^ Бектел, Райан. «Радиоизотопные миссии» (PDF) . Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б SNAP-19: Pioneer F&G, окончательный отчет, заархивированный 1 апреля 2018 г. в Wayback Machine , Teledyne Isotopes, 1973 г.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 декабря 2011 г. Проверено 21 ноября 2011 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 августа 2012 г. Проверено 12 мая 2009 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 февраля 2014 г. Проверено 22 апреля 2013 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с Леоне, Дэн (11 марта 2015 г.). «Запасы плутония в США пригодны для создания еще двух ядерных батарей после Марса 2020 года» . Космические новости . Проверено 12 марта 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б Мур, Трент (12 марта 2015 г.). «НАСА может изготовить еще только три батареи, подобные той, которая питает марсоход» . Бластр . Архивировано из оригинала 14 марта 2015 г. Проверено 13 марта 2015 г.
- ^ Кэмпбелл, Колин. «Марсоход НАСА 2020 года, Perseverance, собирается запуститься в космос в четверг с источником энергии, построенным в Хант-Вэлли» . Балтимор Сан . Проверено 16 февраля 2021 г.
- ^ «Aerojet Rocketdyne получает контракт на поставку еще двух MMRTG для будущих миссий по исследованию глубокого космоса» . Bloomberg.com . 12 февраля 2021 г. Проверено 16 февраля 2021 г.
- ^ « Стрекоза: новейший космический корабль НАСА с ядерной установкой » . За пределами НЕРВЫ . 9 июля 2019 года . Проверено 28 октября 2020 г.
- ^ Вернер, Джеймс Элмер; Джонсон, Стивен Гай; Дуайт, Карла Челан; Лайвли, Келли Линн (июль 2016 г.). Сравнение затрат в долларах 2015 года на радиоизотопные энергетические системы - Кассини и научная лаборатория Марса (отчет). дои : 10.2172/1364515 . ОСТИ 1364515 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
