NASA and other space agencies are planning manned missions to the moon, Mars, Venus and other distant objects, що потребує потужних і надійних енергосистем для живлення космічних апаратів і скорочення часу польоту. Радіоізотопні енергосистеми (RPS), які використовуються NASA понад 60 років у таких місіях, як марсоходи Curiosity, Perseverance та майбутня місія Dragonfly на Титан, є ключовим рішенням. Однак дефіцит традиційного ізотопу плутонію-238, спричинений припиненням його виробництва після Холодної війни, змусив NASA шукати альтернативи.
Амеріцій-241 як нова енергетична основа
Відділ конверсії теплової енергії Центру космічних досліджень імені Гленна (NASA Glenn) у співпраці з Університетом Лестера (Great Britain) досліджує амеріцій-241 як альтернативне джерело тепла для RPS. Цей ізотоп, який генерує тепло через повільний радіоактивний розпад, може забезпечити енергію для довготривалих місій за межами системи Земля–Місяць. Угода про співпрацю була підписана в січні 2025 year, і з того часу команди тестують стенд зі Stirling-генератором, which is powered by two electrically heated americium-241 simulators.
University of Leicester, which already 15 years is a leader in the development of RPS based on Americium, provided the heat simulators and the generator case, while NASA Glenn provided the test station, Stirling hardware and support equipment. Hannah Sargent, researcher at the University of Leicester, noted, що особливістю цього стенду є його здатність працювати навіть при відмові одного Stirling-конвертора без втрати електроенергії, що було успішно продемонстровано під час тестів. Це підтверджує надійність амеріцієвих RPS для майбутніх місій, які можуть тривати десятиліття.
Результати тестів і перспективи
Тести показали, that the American RPS is meeting performance and efficiency targets, which makes it promising for powering space vehicles. Stirling system, which converts heat into electricity, is compact and efficient, which is critical for mass and energy constrained missions.
Наступним кроком NASA Glenn є створення легшої та точнішої версії стенду для екологічних тестів, які імітуватимуть умови космосу. Це дозволить оцінити стійкість системи до вібрацій, вакууму та температурних перепадів. У разі успіху амеріцієві RPS можуть стати основою для енергозабезпечення місій на Марс, Венеру чи навіть до супутників Юпітера та Сатурна.
Китайські паралелі
Китай також активно розвиває ядерні енергосистеми для космічних місій. IN 2023 році екіпаж станції «Тяньгун» провів перше орбітальне тестування Stirling-термоелектричного конвертора. Китайські вчені розробили аналітичну модель для оцінки космічного ядерного реактора (SNRPS) на основі Stirling-двигуна, що підтримує плани країни щодо пілотованих місій на Місяць до 2030 року та Марс у наступному десятилітті. Ці зусилля підкреслюють глобальну конкуренцію в розробці енергетичних рішень для глибокого космосу.
Значення для космічних досліджень
Амеріцій-241 має довший період напіврозпаду (432 years) порівняно з плутонієм-238 (88 years), що робить його привабливим для місій тривалістю в десятиліття. Його використання може зменшити залежність від обмежених запасів плутонію та відкрити нові можливості для дослідження Сонячної системи. Example, амеріцієві RPS можуть живити зонди для вивчення хмар Венери, крижаних океанів Європи чи метанових озер Титана, де сонячна енергія є неефективною.
Співпраця NASA та Університету Лестера демонструє важливість міжнародного партнерства в подоланні технологічних бар’єрів. Успіх тестів амеріцієвого RPS може змінити підхід до енергозабезпечення космічних місій, зробивши їх більш доступними та тривалими.
Source: https://phys.org