Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема MMRTG.

Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG) представляет собой тип радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) , разработанный для НАСА космических полетов [1] , таких как Марсианская научная лаборатория (MSL), под юрисдикцией департамента Соединенных Штатов энергетики Управления Космические и оборонные энергетические системы в Управлении ядерной энергии . MMRTG был разработан отраслевой группой компаний Aerojet Rocketdyne и Teledyne Energy Systems .

Фон [ править ]

Для миссий по исследованию космоса требуются безопасные, надежные и долговечные энергосистемы для обеспечения электричеством и теплом космических аппаратов и их научных инструментов. Уникальным источником энергии является радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) - по сути, ядерная батарея, которая надежно преобразует тепло в электричество. [2] радиоизотопная мощность была использована на восемь околоземных миссиях, восемь миссий к внешним планетам, и Apollo миссии после Аполлона 11 на Луну. Миссии за пределами Солнечной системы: Пионер 10 и 11 , Вояджер 1 и 2 , Улисс , Галилео , Кассини иМиссии New Horizons . РИТЭГи на « Вояджере-1» и « Вояджер-2» эксплуатируются с 1977 года. [3] Всего за последние четыре десятилетия Соединенные Штаты запустили 26 миссий и 45 РИТЭГов.

Функция [ править ]

Твердотельные термоэлектрические пары преобразуют тепло производимого естественного распада в радиоизотопных плутоний-238 в электроэнергии . [4] Принцип физического преобразования основан на эффекте Зеебека , подчиняющемся одному из взаимных соотношений Онзагера между потоками и градиентами в термодинамических системах. Градиент температуры генерирует электронный поток в системе. В отличие от фотоэлектрических солнечных батарей, РИТЭГи не зависят от энергии Солнца , поэтому их можно использовать для миссий в дальний космос.

История [ править ]

В июне 2003 года Министерство энергетики (DOE) заключило контракт на MMRTG с командой, возглавляемой Aerojet Rocketdyne. Aerojet Rocketdyne и Teledyne Energy Systems совместно работали над концепцией проекта MMRTG, основанной на предыдущей конструкции термоэлектрического преобразователя SNAP-19 , разработанной Teledyne для предыдущих миссий по исследованию космоса. [5] SNAP-19 использовались в миссиях Pioneer 10 и Pioneer 11 [4], а также посадочных модулях Viking 1 и Viking 2 .

Дизайн и технические характеристики [ править ]

MMRTG питается от восьми модулей источников тепла общего назначения на основе диоксида Pu-238 (GPHS), предоставленных Министерством энергетики США (DOE). Первоначально эти восемь модулей GPHS вырабатывают около 2 кВт тепловой энергии.

Конструкция MMRTG включает термоэлектрические пары PbTe / TAGS (от Teledyne Energy Systems ), где TAGS - это аббревиатура, обозначающая материал, содержащий теллур (Te), серебро (Ag), германий (Ge) и сурьму (Sb). MMRTG рассчитан на выработку электроэнергии 125 Вт в начале полета, а через 14 лет она упадет до 100 Вт. [6] При массе 45 кг [7] MMRTG обеспечивает около 2,8 Вт / кг электроэнергии в начале срока службы.

Конструкция MMRTG способна работать как в космическом вакууме, так и в планетных 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 [ править ]

Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор Марсианской научной лаборатории .

Марсоход Curiosity , который успешно приземлился в кратере Гейла 6 августа 2012 года, использует один MMRTG для подачи тепла и электричества для своих компонентов и научных приборов. Надежное питание от MMRTG позволит ему проработать несколько лет. [2]

20 февраля 2015 года официальный представитель НАСА сообщил, что у НАСА достаточно плутония для заправки еще трех MMRTG, подобных тому, который используется марсоходом Curiosity. [8] [9] Один уже заинтересован в Mars 2020 и его марсоходе Perseverance . [8] Два других не были назначены для какой-либо конкретной миссии или программы [9] и могут быть доступны к концу 2021 года. [8]

MMRTG был успешно запущен на орбиту 30 июля 2020 года на борту миссии Mars 2020 и в настоящее время используется для снабжения научного оборудования марсохода Perseverance теплом и энергией. 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 на спутник Сатурна Титан будет использовать один из двух MMRTG, на которые команда Aerojet Rocketdyne / Teledyne Energy Systems недавно получила контракт. [11] MMRTG будет использоваться для зарядки набора литий-ионных аккумуляторов, а затем использовать этот источник с более высокой плотностью мощности, чтобы управлять квадроциклом на коротких прыжках над поверхностью Луны. [12]

Стоимость [ править ]

MMRTG стоить приблизительно US $ 109 млн на производство и US $ 83000000 для исследования и разработки. [13] Для сравнения, производство и развертывание GPHS-RTG составило примерно 118 000 000 долларов США .

См. Также [ править ]

  • Усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга
  • Ядерная энергия в космосе
  • Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ)
  • Термоэлектрический эффект :
    • Эффект Зеебека : преобразование температурного градиента в электрический ток
    • Эффект Пельтье : преобразование электрического тока в температурный градиент
    • Эффект Томсона : нагрев или охлаждение проводника с током с градиентом температуры

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Радиоизотопные энергетические системы для исследования космоса" (PDF) . Март 2011 . Проверено 13 марта 2015 .
  2. ^ a b c  Эта статья включает в себя материалы, являющиеся  общественным достоянием, из документа Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства : "Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор космических радиоизотопных систем" (PDF) . Проверено 5 июля 2016 . (pdf) Октябрь 2013 г.
  3. ^ Bechtel, Райан. "Радиоизотопные миссии" (PDF) . Министерство энергетики США. Архивировано из оригинального (PDF) 01.02.2012.
  4. ^ a b SNAP-19: Pioneer F&G, Заключительный отчет , Teledyne Isotopes, 1973
  5. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 16 декабря 2011 года . Проверено 21 ноября 2011 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  6. ^ http://pdf.aiaa.org/preview/CDReadyMIECEC06_1309/PV2006_4187.pdf
  7. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 02.02.2014 . Проверено 22 апреля 2013 . CS1 maint: archived copy as title (link)
  8. ^ a b c Леоне, Дэн (11 марта 2015 г.). "Запасы плутония в США пригодны для еще двух ядерных батарей после Марса 2020" . Космические новости . Проверено 12 марта 2015 .
  9. ^ a b Мур, Трент (12 марта 2015 г.). «НАСА может сделать только еще три батареи, подобные той, которая питает марсоход» . Blastr . Проверено 13 марта 2015 .
  10. ^ Кэмпбелл, Колин. «Марсоход НАСА« Марс-2020 », Perseverance, в четверг готовится к запуску в космос с источником энергии, построенным в долине Хант» . Балтимор Сан . Проверено 16 февраля 2021 года .
  11. ^ «Aerojet Rocketdyne получает контракт на еще до двух MMRTG для будущих миссий по исследованию глубокого космоса» . Блумберг . Проверено 16 февраля 2021 года .
  12. ^ " " Стрекоза: новейший ядерный космический корабль НАСА " " . Помимо NERVA . 9 июля 2019 . Проверено 28 октября 2020 .
  13. ^ «Сравнение стоимости в долларах 2015 года для радиоизотопных энергосистем - Кассини и научная лаборатория Марса» . Июль 2016. OSTI 1364515 . Проверено 30 июля 2020 .  Cite journal requires |journal= (help)

Внешние ссылки [ править ]

  • Сайт NASA Radioisotope Power Systems - страница RTG
  • Страница MMRTG Национальной лаборатории Айдахо с фото-виртуальным туром
  • Министерство энергетики произведет новый плутоний-238 в 2019 году