Двигатель Стирлинга, возможно, будет полезен в дальних космических миссиях

Двигатель Стирлинга, возможно, будет полезен в дальних космических миссиях

 Александр Березин

Помните, «КЛ» рассказывала о потенциальной пока НАСА-экспедиции к Титану (луне Сатурна) и её возможном техническом обеспечении? Так вот, как и во всех полётах за орбиту Марса, перед её разработчиками неизбежно встаёт «энергетический вопрос».

Между тем уже в поясе астероидов интенсивность солнечного света в пять раз ниже, чем на земной орбите. Около Сатурна батареи категорически откажутся обеспечивать энергией любые зонды. Обычно для решения этой проблемы в ход идут радиоизотопные источники. Они получают энергию при радиоактивном распаде плутония-238. Термоэлектрические генераторы, использующиеся для этого в космосе, имеют КПД, оцениваемый в 5–7%. Причём эта цифра достижима далеко не при всех условиях.

А ещё дело усложняется дефицитностью этого самого плутония-238: пресловутый запуск New Horizons откладывался несколько раз из-за запаздывания наработки этого вещества в ядерных реакторах.

Так выглядели радиоизотопные источники энергии на «Кассини». Их КПД был всего 5-7%. (Здесь и ниже фото НАСА.)

Что может перевернуть ситуацию с головы на ноги? Давайте взглянем на представленную недавно концепцию усовершенствованного радиоизотопного генератора Стирлинга (УРГС). Его доработка и испытания считаются в НАСА одной из самых приоритетных задач.

Термоэлектрический генератор вырабатывает ток тогда, когда один его конец нагревается, а другой — охлаждается. Двигатель Стирлинга представляет собой разновидность обычного поршневого двигателя, в котором поршни приводятся в движение теплоносителем. Разница лишь в том, что теплоноситель находится внутри двигателя и разогревается снаружи, из-за чего у двигателя нет выхлопных газов. При имеющемся плутониевом источнике тепла «стирлинг» будет действовать практически без расхода горючего.

Если верить отчёту Национального исследовательского совета, эффективность УРГС как минимум в четыре раза выше, чем у термоэлектрического генератора, — с КПД, доходящим до 38%. При этом масса самого генератора не превышает 1,3 кг — при совокупной тепловой и электрической мощности, достигающей 140 Вт.

А это продвинутый «стирлинг», которым НАСА хочет заменить предшественника. Весит всего 1,3 кг, КПД — 38%.

Очевидно, двигатель такого рода действительно может существенно увеличить КПД радиоизотопных источников электроэнергии и в несколько раз повысить автономность трансастероидных космических миссий.

Отмечается, что если с разработкой этой технологии поторопятся, то она может успеть к планируемой на 2016 год отправке планетолёта на Титан (с упоминания которой мы начали эту заметку).

Подготовлено по материалам NewScientist.