Как устроена ядерная батарея марсохода Perseverance
В отличие от обычных ядерных реакторов, энергетической системе марсохода не нужно поддерживать реакцию деления. У нее даже нет подвижных частей. Выходная мощность RTG невелика — всего несколько сотен ватт. Мал и КПД. Генератор просто использует тепло, выделяемое при распаде плутония-238, и преобразует его в электричество.
Благодаря статичности, система способна бесперебойно работать на протяжении десятилетий без какого-либо обслуживания. Доказательство тому — сигналы от двух зондов Voyager, запущенных в космос в конце 1970-х годов и оснащенных аналогичными системами. Всего RTG использовались уже более чем в двух десятках миссий по исследованию дальнего космоса.
«Плутоний-238 является уникальным изотопом, который распадается под действием альфа-излучения. Благодаря этому он генерирует много тепла, — говорит руководитель программы снабжения плутонием Роберт Уэм из Национальной лаборатории Ок-Риджа, которая в настоящее время сотрудничает с NASA. — Для такого небольшого аппарата, как Perseverance, не нужно интенсивное деление. Достаточно термического распада».
Первые три ровера агентства (Sojourner, Spirit и Opportunity) использовали солнечную энергию. Но что делать, когда панели покроются пылью? Четвертый ровер Curiosity, который опустился на Красную планету в 2012 году, инженеры оснастили ядерной батареей, в которой, кстати, находится российский плутоний. Но теперь у США есть свой изотоп.
Процесс строительства ядерной батареи начинается в Национальной лаборатории Айдахо, где производится нептуний-237 — радиоактивный оксид металла. Затем он направляется в Теннесси для прессования в таблетки размером с карандашные ластики. Затем «таблетки» укладываются в металлические стержни (по 52 штуки в каждый), которые, в свою очередь, помещаются в ядерный реактор либо в Ок-Ридже, либо в Национальной лаборатории Айдахо. Затем стержни в реакторе бомбардируются нейтронами для преобразования в плутоний. После остывания в течение нескольких месяцев плутоний отправляется в Лос-Аламосскую национальную лабораторию в Нью-Мексико, где другая машина прессует небольшие плутониевые шарики. На последнем этапе плутоний помещается в корпуса из иридия — практически неразрушимого металла, который препятствует проникновению радиации во внешнюю среду.
На данный момент в США ежегодно производится лишь 1,6 кг плутония. При этом в марсоходе Perseverance используется почти 5 килограммов этогоизотопа, но уже американского производства, чем NASA очень гордится.
В какой-то момент запас изотопа в генераторе истощится и тогда марсоход остановится. Но произойдет это лет через пятьдесят.
В России РИТЭГи используются для питания удаленного научного оборудования и прочих систем, а также маяков. Изготавливаются они в соответствии с ГОСТ 18696–90 «Генераторы радионуклидные термоэлектрические. Типы и общие технические требования», а проверяются по ГОСТ 20250–83 «Генераторы радионуклидные термоэлектрические. Правила приёмки и методы испытаний».
