Новый радиоизотопный термоэлектрический генератор, разработанный для работы в условиях глубокого космоса, может стать ключевой технологией для будущих межзвездных миссий.
Ирина Медведева
Радиоизотопный термоэлектрический генератор нового поколения от L3Harris. (иллюстрация). Источник: L3Harris.
По сообщению interestingengineering.com, НАСА может получить более мощный источник энергии для полетов далеко за пределы Марса после того. Компания L3Harris объявила, что 2 апреля ее радиоизотопный термоэлектрический генератор нового поколения (РИТЭГ) прошел критическую проверку конструкции, которая подтверждает, что система соответствует техническим требованиям и может быть запущена в производство.
Новый генератор может начать обеспечивать энергией полеты НАСА в дальний космос в начале 2030-х годов. Инженеры разработали систему для космических аппаратов, работающих во внешней части Солнечной системы, где солнечный свет становится слишком слабым для эффективной работы солнечных панелей.
Источник энергии для глубокого космоса
РИТЭГ нового поколения выдает примерно 250 ватт электроэнергии в начале срока службы. Эта мощность вырабатывается путем преобразования тепла, выделяемого при распаде плутония-238, в электричество. НАСА использует РИТЭГи на протяжении десятилетий. К числу технологических исторических миссий относятся «Вояджер», «Кассини», «Новые горизонты» и марсоходы Curiosity и Perseverance.
В отличие от ритэгов, используемых на марсоходах, новая система предназначена для космических аппаратов, работающих в вакууме глубокого космоса. Инженеры оптимизировали конструкцию для отвода тепла и выработки электроэнергии в экстремально холодных условиях. Это усовершенствование позволяет генератору вырабатывать больше электроэнергии без увеличения его общего веса. Компактная конструкция может стать решающей для будущих миссий, где каждый килограмм влияет на стоимость запуска и характеристики космического аппарата.
“RTG следующего поколения представляет собой значительный шаг вперед в повышении эффективности”, — заявил Билл Сак, генеральный менеджер RocketWorks и энергетических систем в L3Harris. Он добавил, что система обеспечивает большую мощность при той же массе, что и в прошлом, что является важным фактором для дальних исследовательских миссий.
Планы полетов в дальний космос становятся реальнее
НАСА может использовать новый генератор в нескольких будущих проектах, включая предполагаемый орбитальный аппарат Uranus orbiter. Этот космический аппарат, вероятно, будет оснащен двумя ритэгами нового поколения. Генераторы будут не только обеспечивать электроэнергией. Они также будут поддерживать температуру бортовых систем, достаточную для работы в холодных условиях внешней солнечной системы.
Концепция миссии отражает растущий интерес к исследованию отдаленных планет и спутников, которые остаются в значительной степени неисследованными. Ученые годами настаивали на проведении миссии к Урану, поскольку эта планета может дать новые сведения о формировании планет и ледяных мирах.
Технология также может быть использована для миссий к Нептуну и Тритону, длительных исследований спутников внешних планет и будущих исследователей пояса Койпера, путешествующих дальше, чем New Horizons. Инженеры даже предполагают, что система будет поддерживать межзвездные миссии-предшественники, которые могут выйти за пределы траектории «Вояджера-1» и «Вояджера-2».
Наличие надёжного и мощного источника энергии напрямую расширяет научные возможности будущих миссий. Для орбитального аппарата Uranus Orbiter наличие двух новых РИТЭГов означает не просто питание базовых систем, но и возможность использовать более энергоёмкие приборы: радары для зондирования ледяных недр планеты, спектрометры высокого разрешения и мощные передатчики для отправки больших объёмов данных на Землю.
Кроме того, избыточное тепло генераторов будет поддерживать рабочую температуру внутри космического аппарата, что исключает необходимость в отдельных электрических обогревателях, экономя энергию для научных приборов. В условиях, когда каждый ватт на счету, такая интеграция функций делает конструкцию более эффективной и лёгкой.
Перезапуск критически важного производства
Национальная лаборатория Айдахо выбрала L3Harris в 2021 году, чтобы возродить и модернизировать технологию, лежащую в основе более ранних ритэгов. Работа включала в себя восстановление мощностей, производство которых в последние годы было ограничено. Инженерам также пришлось заменить устаревшие компоненты и восстановить неполную техническую документацию, связанную со старыми системами.
“Мы доказываем, что можем сделать это снова”, — сказал Лео Гард, руководитель программы космических двигателей и энергетических систем в L3Harris. Гард сказал, что инженеры восстановили недостающие технические детали и нашли современные замены устаревшим деталям благодаря тщательному решению проблем.
L3Harris возглавляет общую работу по интеграции в рамках программы. Teledyne Energy Systems поставляет термоэлектрические компоненты, в то время как BAE Systems разрабатывает системы изоляции для генератора. Ожидается, что программа завершит проверку готовности производства в 2027 году.
Этот этап включает финальную сборку прототипов, испытания в условиях, имитирующих глубокий космос, и валидацию всех систем. Учитывая, что предыдущие поколения генераторов использовались в миссиях, работавших десятилетиями — «Вояджеры» находятся в полёте с 1977 года — надёжность конструкции является абсолютным приоритетом. Каждый компонент, от термоэлектрических преобразователей Teledyne до изоляционных систем BAE Systems, проходит многослойную проверку, чтобы гарантировать стабильную работу в экстремальных температурах и радиационной обстановке внешних планет.
Восстановление производственной цепочки для РИТЭГов стало не только инженерным, но и стратегическим достижением. С момента завершения последней крупной программы по производству плутония-238 в США прошло более 30 лет, и возобновление выпуска генераторов потребовало титанической работы по воссозданию утерянных технологий.
Команде L3Harris пришлось в буквальном смысле по фрагментам восстанавливать чертежи и спецификации, которые десятилетиями хранились в архивах и часто были неполными. Замена устаревших электронных компонентов на современные аналоги, совместимые с требованиями радиационной стойкости, стала отдельной научно-исследовательской задачей. Успешное прохождение проверки конструкции подтверждает, что Соединённые Штаты вновь способны самостоятельно производить критически важные ядерные источники энергии, необходимые для лидерства в глубоком космосе.
Учитывая, что многие материалы и компоненты, использовавшиеся в старых РИТЭГах, больше не выпускаются, команде пришлось проявить настоящую изобретательность, находя современные аналоги и заново подтверждая их пригодность для работы в радиационной среде и при экстремальном холоде. Этот этап важен не только для самой технологии, но и для подтверждения, что США способны возобновить серийный выпуск ядерных источников энергии для космоса после многолетнего перерыва.
Для дальнего космоса вместо солнечной энергии
Особое значение новый генератор имеет для концепции орбитального аппарата Uranus Orbiter and Probe, который НАСА рассматривает как один из главных приоритетов следующего десятилетия. В отличие от марсианских миссий, где солнечные панели всё ещё эффективны, на расстоянии около 3 миллиардов километров от Солнца уровень освещённости составляет лишь 0,25% от земного. Два новых РИТЭГа смогут обеспечить не только постоянное электропитание научных приборов, систем связи и двигательной установки, но и обогрев бортовой электроники, которая без этого быстро вышла бы из строя при температурах, близких к абсолютному нулю.
Ожидается, что миссия к Урану, запуск которой планируется в начале 2030-х годов, продлится не менее десяти лет и позволит впервые детально изучить атмосферу, магнитное поле и кольца ледяного гиганта.
Помимо Урана, технология открывает путь к более амбициозным экспедициям. Конструкция генератора оптимизирована таким образом, чтобы при той же массе, что и предыдущие модели, выдавать на 25% больше энергии. Это означает, что космические аппараты смогут нести больше научного оборудования или работать дольше без деградации источника питания. Миссии к Нептуну и его крупнейшему спутнику Тритону, который считается одним из самых геологически активных тел во внешней Солнечной системе, становятся технически осуществимыми.
Кроме того, инженеры рассматривают возможность использования нового РИТЭГа для межзвёздных зондов, способных преодолеть границу гелиосферы и выйти в межзвёздное пространство дальше, чем «Вояджеры», но с гораздо более высокой скоростью передачи научных данных.
В перспективе не только Уран
Помимо исследований самого Урана, новая энергетическая установка может быть задействована в программах по изучению его спутников, таких как Миранда, Ариэль и Титания. Эти ледяные миры, некоторые из которых проявляют признаки геологической активности, требуют длительного и стабильного энергоснабжения для орбитального картографирования и анализа состава поверхности.
Более того, отработанная конструкция РИТЭГа может лечь в основу энергоблоков для будущих миссий к Тритону, спутнику Нептуна, который, как полагают, может скрывать подповерхностный океан. Каждая такая миссия будет опираться на проверенную концепцию, но с улучшенными характеристиками, что даёт учёным большую гибкость в выборе курса исследований.
Возможно, самым вдохновляющим аспектом этой разработки является её потенциал для долгосрочных проектов, выходящих за пределы планетной системы. Инженеры отмечают, что новая система спроектирована с учётом возможной работы в течение нескольких десятилетий. Это делает её кандидатом для полётов к поясу Койпера или даже для миссий к межзвёздной среде, где, как показали «Вояджеры», требуется десятилетиями поддерживать связь и работу приборов.
Учитывая, что «Вояджеры» всё ещё присылают данные, имея лишь часть первоначальной мощности, новый РИТЭГ с его улучшенным коэффициентом полезного действия может стать сердцем будущей программы «Interstellar Probe», позволяя человечеству впервые получить данные из региона, расположенного дальше, чем когда-либо удавалось научным аппаратам.
На фоне амбициозных проектов США, Национальный проект «Развитие космической деятельности Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года», начавший действовать 1 января 2026 года, выглядит намного скромнее.