PULSAR готує радіоізотопний генератор для експедицій на Місяць

Дослідницький консорціум PULSAR під керівництвом бельгійської інженерної компанії Tractebel оприлюднив проект радіоізотопного генератора на основі плутонію-238 для експедицій на Місяць.

Tractebel повідомила, що з наявними технологіями ядерних батарей «для живлення місій потрібні значні обсяги ядерного палива та великі радіоізотопні термоелектричні генератори, що збільшує вагу, яку запускає космічна ракета… проект має на меті значно підвищити ефективність радіоізотопної системи живлення завдяки вдосконаленому двигуну Стірлінга».

PULSAR також має на меті розвинути в Європі технологію та можливості для виробництва плутонію-238.

Наразі плутоній-238 в Європі не виробляється, як і радіоізотопні енергосистеми, і «оскільки космос став стратегічним та економічним пріоритетом для Європи», її залежність від інших країн «викликає серйозне занепокоєння».

Завершений наприкінці 2024 року проект дав значні результати, зокрема: концептуальну конструкцію радіоізотопної системи живлення, адаптовану для використання на Місяці, техніко-економічне обґрунтування виробництва плутонію-238 в Європі та аналіз ринку застосування радіоізотопних систем на Землі.

Радіоізотопна енергетична система консорціуму PULSAR розроблена для живлення місяцеходу або вантажного місячного транспорту. Він оснащений двома двигунами Стірлінга, що працюють від розташованого в центрі джерела тепла – плутонію-238, та оснащений біозахистом для безпечного транспортування та поводження. Модульна конструкція забезпечує стійкість до відмови двигуна з очікуваною ефективністю термоелектричного перетворення 20%.

Tractebel повідомила, що її експерти провели комплексні інженерні дослідження, включаючи перевірку цілісності конструкції, оцінку дози радіації, термічний аналіз і розробку механічних вузлів. Команда розробила 3D-механічну та теплову модель для моделювання місячних умов, забезпечуючи основу для майбутніх ітерацій проектування та вищих рівнів технічної готовності. Зазначається, що ця робота закладає основу для участі Європи в майбутній місії посадкового модуля Argonaut на Місяць.

Космічна галузь покладалася в основному на фотоелектричні системи живлення, технологію, яка спочатку була розроблена для космосу та знайшла багато застосувань на Землі.

Однак ці системи створюють серйозні обмеження для місій до таких місць, як зовнішня Сонячна система.

Доступна сонячна енергія зменшується з квадратом відстані від Сонця. Наприклад, на Сатурні щільність сонячної енергії в сто разів менша, ніж на Землі. Існує також проблема ночей на Місяці, які тривають два тижні.

Радіоізотопні джерела енергії на основі Pu-238 використовувалися в космічних місіях з початку 1960-х років. Деякі космічні місії, наприклад радянські Луноход-1 та Луноход-2, використовували ізотоп полоній-210 як джерело тепла у системі обігріву апаратури.

Радіоізотопні термоелектричні генератори та радіоізотопні нагрівачі можуть безперервно забезпечувати електроенергією та теплом протягом тривалих місій у глибокому космосі. Плутоній-238 виготовляється шляхом опромінення нептунію-237, виділеного з палива дослідницького реактора або спеціальних мішеней, у дослідницьких реакторах. Період напіврозпаду плутонію-238 у 88 років дозволяє виготовити потужні та довготривалі джерела енергії.