Самая одинокая батарейка во Вселенной
(Продолжение поста Бороться и искать, найти и перепрятать)
Итак, РИТЭГ получился хорошим и расставаться с ним больно. Может быть, отправим его куда-нибудь подальше, где до него не доберутся злые охотники за цветметом?
Куда-нибудь подальше… Вообще-то, именно с этого у РИТЭГ всё и началось.
Изначально они разрабатывались для космических аппаратов. Там РИТЭГи широко применяются до сих пор — и весьма успешно.
Сейчас космические просторы это их основное место обитания.
Сотрудники Университета Джонса Хопкинса сосредоточенно крепят РИТЭГ SNAP к основанию навигационного спутника TRANSIT (готовят к виброиспытаниям). Снова фото из архива Министерства энергетики США
Хотя когда речь заходит о получении электричества в космосе, на ум первым делом приходят солнечные панели. Растопырил их в пространстве и летишь себе довольный, пока Солнце делает всю работу за тебя!
Казалось бы, в космосе солнечным батареям и погода не помешает, и смена дня и ночи тоже.
Идеальные условия!
Всю жизнь только и слышим, что нельзя вечно убегать от проблем, а оказывается, что можно — ну, просто убегать надо было со второй космической скоростью и подальше от Земли.
На Международной космической станции ведь пользуются солнечными панелями — и нормально живут! Фото из архива НАСА
Но тут как в анекдоте, есть нюанс — Солнечная система на поверку оказывается не такой уж солнечной.
Это зависит от того, куда именно мы летим.
Если мы собираемся лететь куда-нибудь к Юпитеру или ещё дальше от Солнца (Уран, Нептун, Плутон и далее в сторону облака Оорта) — то солнечной энергии нам может уже и не хватить.
В физике есть такая штука как закон обратных квадратов — для нас важно, что согласно ему интенсивность солнечного излучения будет уменьшаться пропорционально квадрату расстояния от Солнца.
Например, от Солнца до Земли около 149 миллионов километров (это расстояние называют астрономической единицей, AU), а до Юпитера — уже 778 миллионов километров, то есть в пять раз больше.
Значит, солнечные панели на орбите Юпитера будут давать в двадцать пять раз меньше электроэнергии, чем на орбите Земли.
Строго говоря, планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам — таким образом, расстояние от Земли до Солнца непостоянно.
В течение года оно изменяется от минимума 147 миллионов километров (тогда говорят, что Земля находится в перигелии) до максимума 152 миллиона километров (в афелии).
Но для нас сейчас это не слишком важно, разница с Юпитером всё равно понятна.
Хотя прогресс не стоит на месте и уже сейчас идут разговоры о том, что современные солнечные панели (со всякими примочками вроде солнечных концентраторов с циркуляцией теплоносителя) могут позволить космическим аппаратам нормально питаться и около Юпитера.
Но всё равно, чем дальше от Солнца улетаем — тем печальней. Для аппарата нам нужно получать определённую мощность и солнечные панели в таком случае приходится делать всё большего и большего размера.
Картинка от НАСА для понимания масштабов проблемы — насколько сильно нужно увеличивать площадь солнечных батарей для станций на орбитах разных планет (с человечками для масштаба)
А большая площадь солнечных батарей для космического корабля значит что? Правильно, что при запуске их придётся держать в сложенном виде, а раскрывать уже как-нибудь потом.
Беда в том, что свёрнутое заранее в решающий момент может попросту не раскрыться. И ладно если такие панели предназначены для обитаемой станции, где есть специально обученные космонавты — а если проблема возникнет у автоматического аппарата, помочь которому в космосе будет некому?
И такие случаи уже были — например, с зондом «Люси» у НАСА в 2021 году, когда одна из солнечных панелей не раскрылась полностью из-за того, что трос привода запутался на катушке (прям как нитка на шпульке швейной машинки).
Тогда проблему удалось решить, подёргав этот трос туда-сюда силой одновременного запуска резервного и основного двигателей.
Подробней см. здесь.
Одна из солнечных батарей американской части МКС в сложенном виде — после доставки на орбиту, астронавты развернули её вручную за шесть с половиной часов в открытом космосе. Снова фото из архива НАСА
Но и это полбеды. Ведь даже если мы не улетели от родного светила слишком далеко, поймать его лучи получается не всегда.
Спутники Земли, например, можно держать на так называемой солнечно-синхронной орбите в плоскости терминатора (то есть, как раз на полосе закатов/восходов) — тогда аппарат будет постоянно освещаться лучами Солнца и его батареи, соответственно, тоже.
А что если нам нужна другая орбита? На ней в какой-то момент планета закроет спутник от солнечного света — и тогда вся надежда на аккумуляторы. А они со временем, к сожалению, начинают деградировать.
И солнечные панели, кстати, тоже с возрастом деградируют — даже на Земле они постепенно устают от ультрафиолетового излучения, хотя и очень медленно, а в космосе ещё и страдают от космической радиации и при солнечных вспышках.
Также батареи могут быть повреждены микрометеоритами или космическим мусором, если совсем уж не повезёт.
А у вас в панельке дырка! На фото — повреждённое крыло солнечной батареи МКС. И да, это опять фото из архива НАСА и снова МКС. Очень уж у них фотографии хорошие получаются
Подробный рассказ о солнечных батареях космических кораблей находится за пределами нашей темы, но если это вас заинтересовало — рекомендую ознакомиться с хорошей статьёй (там и картинки есть).
Что же, что же придёт нам на помощь? Да, вы угадали.
Итак, вы ведь помните, чем хорош РИТЭГ? Надёжностью.
Он работает десятилетиями и не требует обслуживания — а это как раз то, что в космосе и нужно.
Здесь нам как раз пригодится плутоний-238 — его высокая цена в рамках стоимости космического аппарата оказывается не такой уж и высокой.
Ладно, это упрощение — на самом деле, всё равно очень дорого.
На фото - таблетки с топливом для радиоизотопного термоэлемента. Да, это наш дорогой плутоний-238. В РИТЭГи на орбитальной станции Кассини таких положили целых 82 штуки. А на спускавшемся с неё на Титан зонде Гюйгенс — всего 35 таблеток. Фото из архива НАСА, ну вы в курсе
РИТЭГ успешно использовали на многих спутниках и космических станциях — например, на Кассини-Гюйгенс или на Новых горизонтах (New Horizons).
Сотрудники НАСА прикрепляют любимые нами РИТЭГи к автоматической станции New Horizons
А ещё на зондах Вояджер (и на первом, и на втором) стояло по три РИТЭГа общей мощностью в 470 ватт. И улетели с ними далеко-далеко.
А вот вам изображение зонда Вояджер-1 от НАСА. Или Вояджер-2, какой вам больше нравится. Внешне они идентичны.
Очень далеко — на 25 миллиардов километров от родной Земли! Какой ещё источник питания может таким похвастаться, а? Вот то-то же.
Кстати, вот здесь вы можете следить за тем, как далеко от нас улетели оба Вояджера, в реальном времени — ну мало ли, может, вам захочется.
Разговор о Вояджере нельзя вести без упоминания прекрасной фотографии Pale Blue Dot. Видите эту маленькую точку справа, на коричневой полоске? Это наша Земля. Вояджер-1 на тот момент улетел уже на шесть миллиардов километров. И три РИТЭГа улетели вместе с ним, не забывайте
А в 1971 году РИТЭГ SNAP-27 побывал на Луне вместе с миссией Аполлон-14.
Маленький шаг для человека, большой шаг для человечества и очередная задача для славного РИТЭГа. Миссия Аполлон-14, фотография Алана Шепарда, 1971 год
А ещё улучшенную версию таких генераторов ставят на марсоходы (например, на Кьюриосити и Персеверанс — солнечные панели этих аппаратов не дают достаточно энергии во время пылевых бурь, что может поставить под угрозу всю миссию. И тут тоже нужна надёжность.
Сотрудники НАСА катают на тележке по Космическому центру Кеннеди новенький РИТЭГ для Кьюриосити
Ну ладно, тут тоже не всё гладко было (А где вообще так бывает?) — вы не поверите, но нам опять пришли портить всю малину злые экоактивисты.
Вернее… ну да кто не без греха. Был с запуском РИТЭГ в космос один очень неприятный инцидент — эх, и стоило нам, как говорится, всего один раз…
21 апреля 1964 года при запуске ракеты с навигационным спутником Transit 5BN-3 произошла авария. Спутник развалился на части и сгорел на высоте около пятидесяти километров где-то к северу от Мадагаскара.
Внутри спутника был РИТЭГ SNAP-9A в котором находилось чуть меньше килограмма плутония-238. И конечно же его расщепило в пыль и раскидало по атмосфере. Определённое повышение радиационного фона зафиксировали измерительные станции по всей Земле. Беда.
Это происшествие станет серьёзным аргументом против запуска РИТЭГ в космос на долгие годы. Впрочем, использовать-то их всё равно не перестанут — солнечные батареи это, конечно, хорошо, но если они нам вдруг не подходят, то что ж делать-то? Совсем в далёкий космос не летать? Скука!
Протестующие протестуют против запуска миссии Кассини-Гюйгенс — не хотят отпускать РИТЭГ в космос! А ведь всего-то три десятка килограмм плутония улетает. 4 октября 1997 года, мыс Канаверал
Но между прочим, потерявшая один из спутников при таких трагических обстоятельствах Transit (она же NAVSAT, от англ. Navy Navigation Satellite System, навигационная система военно-морского флота) — это первая в мире спутниковая система навигации. Да, охватывала не всю территорию Земли, да время доступа было ограничено — но работало с середины шестидесятых до самой середины девяностых!
Срок, достойный РИТЭГ. Даже нет, не так. Срок достойный, РИТЭГ!
Кстати, радиолюбители ловят сигнал от этих спутников и спустя более чем полвека с их запуска. Разве это не прекрасно?
Современные РИТЭГи для космической отрасли содержат ядерное топливо в капсуле, способной выдержать даже взрыв ракеты-носителя при неудачном пуске — инженеры умеют учиться на своих ошибках, знаете ли.
И всё равно скепсис со стороны общественности приходится учитывать — радиофобия бывает распространена и среди лиц, принимающих решения.
Но так или иначе, в космосе РИТЭГ, судя по всему, ждёт большое будущее — ведь чем дальше от Солнца отправляется космический аппарат, тем меньше надежды на солнечные панели. Кроме того, такие источники питания пригодятся и на лунных базах, когда мы до них дорастём, или даже на Марсе — как минимум, в качестве надёжного резерва.
Такой источник энергии на долгие десятилетия — это здорово, а космических мародёров, к счастью, на горизонте пока ещё не видно. Хоть где-то повезло!
Автор - Александр Алещенко
Подписывайтесь, чтобы не пропустить новые посты!
А ещё над Канадой наш Космос разложился на части. Доставило проблем куски топлива собирать по большой площади