Термоэлектрический радионуклидный генератор «Ангел» (РИТЭГ-238-0,1/15)

Разработки

Термоэлектрический радионуклидный генератор «Ангел» (РИТЭГ-238-0,1/15)

Предназначен для снабжения электрической энергией научных приборов и аппаратуры малой автономной станции. Создан на основе радионуклида плутоний-238. Разработан для научно-исследовательского космического комплекса «Марс-96». Может использоваться на других объектах (космических, морских, наземных), где применение иных автономных источников электрической энергии затруднено или невозможно

Особенности:

• радиационно безопасен при эксплуатации, складском хранении и транспортировке любым видом транспорта
• обеспечивает радиационную безопасность в случае возникновения аварий, в том числе самых тяжелых: горение ракетного топлива при пожаре на стартовой позиции; аварийный спуск в плотных слоях атмосферы, сопровождающийся сильным аэродинамическим нагревом, с последующим ударом о поверхность Земли или погружением на дно Мирового океана (в том числе на предельно большие глубины, более 11 км)

Основные технические характеристики:

Выходная электрическая мощность, Вт	не менее 0,15
Выходное электрическое напряжение, В	15
Мощность эквивалентной дозы на расстоянии 1 м       от поверхности РИТЭГ, Зв/ч (мбэр/ч)	не более 0,55·10 (0,55)
Тип электрического тока	постоянный
Назначенный срок службы, лет	10
Габаритные размеры, мм	Ø85Х125
Масса, кг	0,5

Хранение и транспортировка осуществляются в специально разработанной сертифицированной транспортной упаковке

Поставка в течение 12 месяцев с момента оформления заказа

РИТЭГ: прозаичные тепло и электричество для космических аппаратов

Так получилось, что в серии «Мирный космический атом» мы движемся от фантастического к распространенному. В прошлый раз мы поговорили об энергетических реакторах, очевидный следующий шаг — рассказать о радиоизотопных термоэлектрических генераторах. Недавно на Хабре был отличный пост про РИТЭГ зонда «Кассини», а мы рассмотрим эту тему с более широкой точки зрения.

Физика процесса

Производство тепла

В отличие от ядерного реактора, который использует явление цепной ядерной реакции, радиоизотопные генераторы используют естественный распад радиоактивных изотопов. Вспомним, что атомы состоят из протонов, электронов и нейтронов. В зависимости от количества нейтронов в ядре конкретного атома, он может быть стабильным, или же проявлять тенденцию к самопроизвольному распаду. Например, атом кобальта ⁵⁹Co с 27 протонами и 32 нейтронами в ядре стабилен. Такой кобальт использовался человечеством со времен Древнего Египта. Но если мы добавим к ⁵⁹Co один нейтрон (например, поместив «обычный» кобальт в атомный реактор), то получится ⁶⁰Co, радиоактивный изотоп с периодом полураспада 5,2 года. Термин «период полураспада» означает, что через 5,2 года один атом распадется с вероятностью 50%, а от ста атомов останется примерно половина. У всех «обычных» элементов есть свои изотопы с разным периодом полураспада:

3D карта изотопов, спасибо crustgroup за картинку.

Подбирая подходящий изотоп, можно получить РИТЭГ с требуемым сроком службы и другими параметрами:

Изотоп	Способ получения	Удельная мощность, Вт/г	Объёмная мощность, Вт/см³	Период полураспада	Интегрированная энергия распада изотопа, кВт·ч/г	Рабочая форма изотопа
60Со (кобальт-60)	Облучение в реакторе	2,9	~26	5,271 года	193,2	Металл, сплав
238Pu (плутоний-238)	атомный реактор	0,568	6,9	86 лет	608,7	Карбид плутония
90Sr (стронций-90)	осколки деления	0,93	0,7	28 лет	162,721	SrO, SrTiO3
144Ce (церий-144)	осколки деления	2,6	12,5	285 дней	57,439	CeO2
242Cm (кюрий-242)	атомный реактор	121	1169	162 дня	677,8	Cm2O3
147Pm (прометий-147)	осколки деления	0,37	1,1	2,64 года	12,34	Pm2O3
137Cs (цезий-137)	осколки деления	0,27	1,27	33 года	230,24	CsCl
210Po (полоний-210)	облучение висмута	142	1320	138 дней	677,59	сплавы со свинцом, иттрием, золотом
244Cm (кюрий-244)	атомный реактор	2,8	33,25	18,1 года	640,6	Cm2O3
232U (уран-232)	облучение тория	8,097	~88,67	68,9 лет	4887,103	диоксид, карбид, нитрид урана
106Ru (рутений-106)	осколки деления	29,8	369,818	~371,63 сут	9,854	металл, сплав

То, что распад изотопов происходит самостоятельно, означает, что РИТЭГом нельзя управлять. После загрузки топлива он будет нагреваться и производить электричество годами, постепенно деградируя. Уменьшение количества делящегося изотопа означает, что будет меньше ядерных распадов, меньше тепла и электричества. Плюс, падение электрической мощности усугубит деградация электрического генератора.
Существует упрощённая версия РИТЭГа, в котором распад изотопа используется только для обогрева, без получения электричества. Такой модуль называется блоком обогрева или RHG (Radioisotope Heat Generator).

Превращение тепла в электричество

Как и в случае атомного реактора, на выходе у нас получается тепло, которое надо каким-либо образом преобразовать в электричество. Для этого можно использовать:

• Термоэлектрический преобразователь. Соединив два проводника из разных материалов (например, хромеля и алюмеля) и нагрев один из них, можно получить источник электричества.


• Термоэмиссионный преобразователь. В этом случае используется электронная лампа. Её катод нагревается, и электроны получают достаточно энергии чтобы «допрыгнуть» до анода, создавая электрический ток.


• Термофотоэлектрический преобразователь. В этом случае к источнику тепла подсоединяется фотоэлемент, работающий в инфракрасном диапазоне. Источник тепла испускает фотоны, которые улавливаются фотоэлементом и преобразуются в электричество.


• Термоэлектрический конвертер на щелочных металлах. Здесь для превращения тепла в электричество используется электролит из расплавленных солей натрия и серы.


• Двигатель Стирлинга — тепловая машина для преобразования разности температуры в механическую работу. Электричество получается из механической работы с использованием какого-либо генератора.

История

Первый экспериментальный радиоизотопный источник энергии был представлен в 1913 году. Но только со второй половины XX века, с распространением ядерных реакторов, на которых можно было получать изотопы в промышленных масштабах, РИТЭГи стали активно использоваться.

США

В США РИТЭГами занималась уже знакомая вам по прошлому посту организация SNAP.
SNAP-1.
Это был экспериментальный РИТЭГ на ¹⁴⁴Ce и с генератором на цикле Ренкина (паровая машина) со ртутью в качестве теплоносителя. Генератор успешно проработал 2500 часов на Земле, но в космос не полетел.

SNAP-3.
Первый РИТЭГ, летавший в космос на навигационных спутниках Transit 4A и 4B. Энергетическая мощность 2 Вт, вес 2 кг, использовал плутоний-238.

Sentry
РИТЭГ для метеорологического спутника. Энергетическая мощность 4,5 Вт, изотоп — стронций-90.

SNAP-7.
Семейство наземных РИТЭГов для маяков, световых буев, погодных станций, акустических буев и тому подобного. Очень большие модели, вес от 850 до 2720 кг. Энергетическая мощность — десятки ватт. Например, SNAP-7D — 30 Вт при массе 2 т.

SNAP-9
Серийный РИТЭГ для навигационных спутников Transit. Масса 12 кг, электрическая мощность 25 Вт.

SNAP-11
Экспериментальный РИТЭГ для лунных посадочных станций Surveyor. Предлагалось использовать изотоп кюрий-242. Электрическая мощность — 25 Вт. Не использовались.

SNAP-19
Серийный РИТЭГ, использовался во множестве миссий — метеорологические спутники Nimbus, зонды «Пионер» -10 и -11, марсианские посадочные станции «Викинг». Изотоп — плутоний-238, энергетическая мощность ~40 Вт.

SNAP-21 и -23
РИТЭГи для подводного применения на стронции-90.

SNAP-27
РИТЭГи для питания научного оборудования программы «Аполлон». 3,8 кг. плутония-238 давали энергетическую мощность 70 Вт. Лунное научное оборудование было выключено ещё в 1977 году (люди и аппаратура на Земле требовали денег, а их не хватало). РИТЭГи на 1977 год выдавали от 36 до 60 Вт электрической мощности.

MHW-RTG
Название расшифровывается как «многосотваттный РИТЭГ». 4,5 кг. плутония-238 давали 2400 Вт тепловой мощности и 160 Вт электрической. Эти РИТЭГи стояли на Экспериментальных Спутниках Линкольна (LES-8,9) и уже 37 лет обеспечивают теплом и электричеством «Вояджеры». На 2014 год РИТЭГи обеспечивают около 53% своей начальной мощности.

GPHS-RTG
Самый мощный из космических РИТЭГов. 7,8 кг плутония-238 давали 4400 Вт тепловой мощности и 300 Вт электрической. Использовался на солнечном зонде «Улисс», зондах «Галилео», «Кассини-Гюйгенс» и летит к Плутону на «Новых горизонтах».

MMRTG
РИТЭГ для «Кьюриосити». 4 кг плутония-238, 2000 Вт тепловой мощности, 100 Вт электической.

Тёплый ламповый кубик плутония.

РИТЭГи США с привязкой по времени.

Сводная таблица:

Название	Носители (количество на аппарате)	Максимальная мощность		Изотоп	Вес топлива, кг	Полная масса, кг
		Электрическая, Вт	Тепловая, Вт
MMRTG	MSL/Curiosity rover	~110	~2000	238Pu	~4	<45
GPHS-RTG	Cassini (3), New Horizons (1), Galileo (2), Ulysses (1)	300	4400	238Pu	7.8	55.9–57.8
MHW-RTG	LES-8/9, Voyager 1 (3), Voyager 2 (3)	160	2400	238Pu	~4.5	37.7
SNAP-3B	Transit-4A (1)	2.7	52.5	238Pu	?	2.1
SNAP-9A	Transit 5BN1/2 (1)	25	525	238Pu	~1	12.3
SNAP-19	Nimbus-3 (2), Pioneer 10 (4), Pioneer 11 (4)	40.3	525	238Pu	~1	13.6
модификация SNAP-19	Viking 1 (2), Viking 2 (2)	42.7	525	238Pu	~1	15.2
SNAP-27	Apollo 12–17 ALSEP (1)	73	1,480	238Pu	3.8	20

СССР/Россия

В СССР и России космических РИТЭГов было мало. Первым экспериментальным генератором стал РИТЭГ «Лимон-1» на полонии-210, созданный в 1962 году:

Первыми космическими РИТЭГами стали «Орион-1» электрической мощностью 20 Вт на полонии-210 и запущенные на связных спутниках серии «Стрела-1» — «Космос-84» и «Космос-90». Блоки обогрева стояли на «Луноходах» -1 и -2, и РИТЭГ стоял на миссии «Марс-96»:

В то же время РИТЭГи очень активно использовались в маяках, навигационных буях и прочем наземном оборудовании — серии «БЭТА», «РИТЭГ-ИЭУ» и многие другие.

Конструкция

Практически все РИТЭГи используют термоэлектрические преобразователи и поэтому имеют одинаковую конструкцию:

Перспективы

Все летавшие РИТЭГи отличает очень низкий КПД — как правило, электрическая мощность меньше 10% от тепловой. Поэтому в начале XXI века в NASA был запущен проект ASRG — РИТЭГ с двигателем Стирлинга. Ожидалось повышение КПД до 30% и 140 Вт электрической мощности при 500 Вт тепловой. К сожалению, проект был остановлен в 2013 году из-за превышения бюджета. Но, теоретически, применение более эффективных преобразователей тепла в электричество способно серьезно поднять КПД РИТЭГов.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

1. Очень простая конструкция.


2. Может работать годами и десятилетиями, деградируя постепенно.


3. Может использоваться одновременно для обогрева и электропитания.


4. Не требует управления и присмотра.

Недостатки:

1. Требуются редкие и дорогие изотопы в качестве топлива.


2. Производство топлива сложное, дорогое и медленное.


3. Низкий КПД.


4. Мощность ограничивается сотнями ватт. РИТЭГ киловаттной электрической мощности уже слабо оправдан, мегаваттной — практически не имеет смысла: будет слишком дорогим и тяжелым.

Сочетание таких достоинств и недостатков означает, что РИТЭГи и блоки обогрева занимают свою нишу в космической энергетике и сохранят её и далее. Они позволяют просто и эффективно обогревать и питать электричеством межпланетные аппараты, но от них не стоит ждать какого-либо энергетического прорыва.

Источники

Кроме Википедии использовались:

NASA отказалось от эффективного ядерного источника энергии

В целях экономии NASA прекратило работу над проектом усовершенствованного радиоизотопного термоэлектрического генератора Стирлинга (ASRG — Advanced Stirling Radioisotope Generator). Эта программа, которой уже более 10 лет (активная фаза ее реализации началась в 2009 году), была запущена в ответ на острую нехватку радиоактивных изотопов в целом и плутония-238 в частности, в США и в мире. Теперь будущие миссии NASA в дальний космос во многом зависят от возобновления в Америке производства плутония-238, прекращенного в 1988 году.

Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) работает, преобразуя тепло, выделяемое радиоактивным изотопом, в электричество. В свою очередь плутоний-238, выделяющий около полукиловатта тепла на килограмм изотопа, с начала 1960-х годов использовался в качестве топлива в космических аппаратах. Так, РИТЭГи, работающие на плутонии, использовались в программе «Аполлон», благодаря им отправлено большинство американских миссий в дальний космос — «Вояджеры», миссия «Новые Горизонты» и другие. К слову, именно такой генератор установлен в марсианском ровере Curiosity.

Плутоний-238 — почти идеальное топливо для космических полетов продолжительностью от нескольких лет до нескольких десятилетий. Однако проблема состоит в его серьезном дефиците: процесс производства плутония-238 не только высокозатратный, но и очень «грязный», в результате остается большое количество радиоактивных отходов, которые нужно где-то хранить. Одним словом, начиная с 90-х США покупали плутоний-238 у России в сравнительно небольших объемах.

Причиной разработки усовершенствованного РИТЭГ Стирлинга стала невысокая эффективность обычных термоэлектрических генераторов: была необходима установка с более высоким КПД, которая нуждалась бы в малом объеме топлива.

«Стандартный» РИТЭГ преобразует в электричество лишь около 6% тепловой энергии, выделяющейся в результате распада радиоактивного изотопа. Таким образом, 8 килограмм плутония-238 в современном зонде, летящем в дальний космос, генерируют при распаде 4,4 кВт тепла, давая ему всего 300 Ватт электроэнергии.

Для сравнения, в случае с усовершенствованным РИТЭГ Стирлинга задействовалось бы уже до 25% тепловой энергии. Это подразумевает выработку 300 Вт электроэнергии с использованием лишь 2 килограммов плутония-238 и, как следствие, возможность запуска большего количества миссий.

При использовании же РИТЭГ текущей конструкции запуск миссий в дальний космос будет происходить с очень длинными интервалами, связанными с перерывами в поставках плутония-238. В NASA признаются, что если агентство не найдет новый источник плутония-238 для текущих «прожорливых» РИТЭГ к 2022 году, то намерения об исследовании Солнечной системы далее Марса и полетах к астероидному поясу останутся мечтами.

Так или иначе, вместо разработки усовершенствованного РИТЭГ Стирлинга американское космическое агентство вынуждено платить Министерству энергетики за перезапуск производства плутония-238, финансируя проект стоимостью 150 млн долларов. Так что будущее американских миссий в дальний космос во многом будет зависеть от того, удастся ли США возобновить производство изотопа в намеченные семь лет.

По материалам Gizmag.com

10 лет на плутониевых батарейках / Habr

10 лет прошло с момента выхода на орбиту аппарата Кассини-Гюйгенс. Интернет пестрит красивыми фотографиями и инфографикой

Пока Elon Musk разбирается с батарейкой для электромобиля в космосе используют 10-ти летние «атомные батарейки».

Из-за большого расстояния Сатурна от Солнца невозможно использовать солнечный свет как источник энергии для аппарата.
Поэтому используют радиоизотопный источник электроэнергии, использующий тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов и преобразующий её в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора.

Таблетка , раскаленная докрасна вследствие значительного энерговыделения в условиях термической изоляции.

На борту Кассини было 32,8 кг высокочистого
(для понимания масштаба: в 2013 году Национальная лаборатория Оук-Ридж начала производство плутония-238, с проектной мощностью в 1,5-2 килограмма изотопа в год)

Стоимость 1 килограмма российского составляет около 1 миллиона долларов

На два гарантированных земных года работы на поверхности Марса аппарату Curiosity понадобилось всего 4,77 кг радиоактивной «еды». Однако, энергии в его РИТЭГе может хватить на 10-15 лет.

Под катом несколько фотографий РИТЭГ перед установкой на Кассини

»
Размеры солнечных батарей в зависимости удаления от солнца (из документов NASA)

1 грамм генерирует пол ватта тепловой энергии

Термоэлектрогенератор предназначен для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов

Схема РИТЭГа, используемого на космическом аппарате Кассини-Гюйгенс

Устройство генератора

Устройство нагревателя

Масштаб

(На Кассини 82 шт, на Гюйгенсе — 35 шт. Output 292 Watts electric at beginning of mission)

Видео, содержит тесты РИТЭГа, только для другого аппарата — Галилео

UPD: Виртуальный тур на производство РИТЭГ

ПС
О «разборках» России и Америки по поводу
Пентагону не хватило российского плутония (28 июня 2005)

РИТЭГ: «сердца» космических роботов, или оружие террористов? (27.08.2013)

ППС
итог 10 лет работы Кассини

Российская атомная отрасль обеспечит создание безопасных РИТЭГов для космических аппаратов

11 октября 2012 года в НИИТФА в рамках конференции «Радиационные технологии – достижения и перспективы» состоялось секционное заседание на тему «Радионуклидная энергетика», посвященное одному из направлений радиационных технологий – использованию излучения радиоактивных изотопов в качестве источника энергии.

Напомним, еще в советские времена практиковалось использование радиоизотопных термоэлектических генераторов (РИТЭГ), в частности, в качестве источников энергии в труднодоступных местах, например, на маяках в районах Крайнего Севера. В последние годы в рамках решения задачи по решению проблем «ядерного наследия» завершается замена РИТЭГов на альтернативные источники энергии. Однако, использование радиационных технологий для получения энергии нашло новую область применения – в космической отрасли. Известна президентская программа, изложенная в послании президента РФ Д.А.Медведева в 2009 году, о разработке ядерных источников энергии для межпланетных перелетов, ядерные источники энергии использовались на многих европейских и американских космических аппаратах, целый ряд стран для реализации своих космических программ проявляют большой интерес к российским разработкам.

На секционном заседании выступили представители ряда организаций (преимущественно РФЯЦ-ВНИИЭФ), которые проводят разработки в этой области.

Попытки использования ядерных источников энергии в космосе предпринимались как в США, так и в СССР, еще с самого начала космической эры, однако первоначально от них отказались в пользу солнечных батарей. Одним из аргументов были сомнения в безопасности такого источника энергии. Поэтому неудивительно, что основной темой большинства докладов было обеспечение гарантий безопасности ядерных источников энергии даже в случае различных аварийных ситуаций.

С докладом, посвященным обзору состояния зарубежной и отечественной радионуклидной энергетики космического назначения, выступил представитель РФЯЦ-ВНИИЭФ Борис Дербутович, который, в частности, подробно рассказал о многочисленных степенях защиты, применяемых в космических источниках энергии. В частности, в стандартных американских термоэлектрических элементах GPHS-RTG каждая таблетка из диоксида плутония-238 герметизируется оболочкой из иридия, две такие иридиевые сборки покрываются графитовой противоударной оболочкой, а капсула из двух таких сборок покрывается композитной термостойкой оболочкой, т.е. существует трехслойная степень защиты. Аналогично решаются задачи безопасности и космических РИТЭГов нового поколения и в России. Термоэлектрический генератор «Ангел» на основе теплового блока «Пантера», разработанный в 1990-е годы в НПП «БИАПОС», которое было основано сотрудниками НИИТФА, имеет несколько защитных слоев, окружающих тепловыделяющее ядро из радиоактивного материала).

Дербутович также рассказал, что, если в США в качестве основного источника энергии в космических РИТЭГах изначально использовался плутоний-238, то в СССР длительное время (в частности, на «Луноходах») использовался полоний-210, преимуществом которого является простота получения, но недостатком является высокая токсичность. Поэтому в новых российских РИТЭГах был сделан выбор в пользу плутония-238, который, будучи альфа-излучателем, представляет опасность для человека только в случае попадания его вовнутрь организма. При этом в случае попадания диоксида плутония в пищеварительный тракт он выводится в течение нескольких суток, и действительную опасность представляют лишь частицы PuO₂ размером менее 0,1 мкм, которые, способны образовывать аэрозольную фракцию и в случае попадания в легкие останутся там навсегда. Докладчик, однако, привел результаты исследований, что как при производстве топливных элементов, так и при любых возможных аварийных ситуациях, количество образующейся аэрозольной фракции PuO₂ будет настольно мало, что опасений для организма не представляет.

С интересными докладами выступили представители ВНИИЭФ Нина Кушнир и Сергей Кузовков, рассказавшие об исследованиях (проводившихся совместно с НПО им.Лавочкина) о безопасности разработанных РИТЭГов на предмет их поведения как во время штатных ситуаций (различные условия транспортировки, перегрузки при старте), так и во время различных аварийных ситуаций при их запуске (пожар на старте, невыход на орбиту, падение на твердую поверхность, падение в океан, тепловые нагрузки при входе в атмосферу и др.). По результата испытаний, безопасность РИТЭГов можно считать подтвержденной – при всех возможных гипотетических аварийных ситуациях выход радиоактивного вещества в окружающую среду исключен.

В настоящее время разработаны РИТЭГи для космической аппаратуры мощностью 120 Вт и 6,5 Вт (такая, казалось бы, маленькая мощность является вполне достаточной в связи с постоянным совершенствованием аппаратуры и уменьшением ее энергопотребления). Интерес к ним проявляют самые разные стороны – начиная с Китая и Индии, которые только планируют свои лунные программы и заинтересованы в покупке у России готовых топливных элементов, и заканчивая США, которые практически исчерпали свой запас плутония-238, оставшегося от оборонных программ, и заявляли об интересе к приобретению российского плутония, запасы которого имеются на ПО «Маяк». Ряд выступающих высказывали пожелания, чтобы, не исключая взаимовыгодного международного сотрудничества, тем не менее использовать российские наработки и ядерные материалы в первую очередь для своей собственной российской космической программы.

Пока основным недостатком разрабатываемых РИТЭГов является их низкий КПД. Их энергетическая эффективность составляет порядка 1 Вт на 1 г плутония, однако за счет многослойных систем защиты этот показатель снижается на два порядка. Кроме того, сам термоэлектрический принцип получения энергии недостаточно эффективен – КПД составляет порядка 6-7%. Один из вариантов решения этой проблемы изложил в своем докладе представитель ГНЦ ТРИНИТИ Анатолий Филиппов, предложивший радиоизотопный источник тока на «фотовольтаическом принципе». Смысл рацпредложения заключается в том, что излучение ряда изотопов при взаимодействии с атомами ксенона порождает оптическое излучение, которое с помощью фотоэлектрических элементов преобразуется в электричество. КПД такого способа получения энергии может быть в 5-10 раз больше, чем в случае РИТЭГов. Уже в 2013 года разработчик обещает создание опытных образцов топливного элемента, основанного на данной технологии.

NASA получило разрешение использовать РИТЭГ с плутонием-238 ещё в одной миссии / Habr

Плутоний-238 в иридиевой грануле светится красным цветом и в течение десятилетий выделяет большое количество тепла. Такие гранулы устанавливают в радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), которые вырабатывают электричество

Директор Отдела планетологии NASA Джеймс Грин (James Green) разослал служебную записку относительно радиоизотопных тепловых генераторов (РИТЭГ).

«После анализа и консультаций с Министерством энергетики, Отдел планетологии NASA рад сообщить о снятии запрета на использование радиоизотопных источников энергии (Radio-isotope Power Systems, RPS) заявителями, которые намерены участвовать в предстоящей программе Discovery» — сказано в служебной записке.

После получения разрешения претенденты могут включать в свои конкурсные заявки до двух радиоизотопных тепловых генераторов, и таким образом значительно расширить концепцию миссий Discovery.

Discovery — это программа относительно низкобюджетных узкоспециализированных космических миссий по научному исследованию Солнечной системы. «Низкобюджетных» по сравнению с миссиями программ New Frontiers или Flagship, разумеется. В абсолютных цифрах бюджет у них вполне достойный. В рамках программы Discovery готовились миссии NEAR Shoemaker (самая первая миссия в 1996 году по изучению астероида 433 Eros), Mars Pathfinder (спускаемый аппарат, который доставил на Марс планетоход Sojourner), Stardust, Deep Impact, Dawn, Kepler и многие другие.

Ещё в декабрьской «информации о долгосрочном планировании» для программы Discovery сообщалось, что устанавливать радиоизотопные источники энергии RPS запрещено. Разрешались только радиоизотопные нагреватели (RHU) с очень маленьким количеством плутония-238 для подогрева научных инструментов и других элементов космического корабля. Теперь ограничение сняли.

Полномасштабное применение плутония-238 стало возможным благодаря оценке прогнозируемых запасов этого топлива из расчёта расхода в будущих миссиях, таких как «Марс-2020», сообщает Space News. На свою долю редкого материала претендует и Dragonfly — один из двух финалистов планетарной научной миссии среднего класса по программе New Frontiers, и будущие аппараты, которым придётся работать на поверхности Луны в течение двухнедельной лунной ночи, когда грунт промерзает до −170°C.

Плутоний-238 пока что в очень большом дефиците. Лишь примерно к 2022 году Министерство энергетики выйдет на объём производства около 1,5 кг в год, а до этого времени приходится жёстко ограничивать потребление изотопа. Суровой экономией Джеймс Грин объяснил, почему первоначально для мисии запретили использовать радиоизотопные источники энергии: «Последнее, с чем нам хотелось бы столкнуться, — это выбрать миссию, а потом не быть готовыми к полёту».

После публикации «информации о долгосрочном планировании» Грин снова вернулся в Министерства энергетики для пересчёта текущих и прогнозируемых запасов плутония-238. Такая настойчивость принесла успех: в конце концов цифры сошлись нужным образом — и оказалось, что топлива действительно хватит ещё на одну миссию.

Более оптимистичный прогноз запасов плутония появился благодаря прогрессу, которого добилось Министерство энергетики США в добыче этого ценного изотопа. Судя по всему, американские физики-ядерщики смогут выйти на объём 1,5 килограмма в год в запланированные сроки.

Производство плутония-238 в США было остановлено в конце 1980-х годов, а сейчас восстановление производства идёт медленными темпами. С 1992 года плутоний-238 закупали у России, но в 2009 году сделка сорвалась, что поставило США в тяжёлое положение. На начало 2015 года в запасах осталось 35 кг плутония, из которых только 17 кг соответствуют необходимому качеству для создания источников питания космических аппаратов, что примерно соответствует трём атомным элементам, установленным в марсоходе Curiosity.

Окриджская национальная лаборатория наработала первый за последние 30 лет плутоний-238 к декабрю 2015 года, и сейчас США постепенно восстанавливают наработку изотопа, который так нужен для космических миссий. Плутоний-238 получают из нептуния-237, который извлекается из топлива ядерных реакторов.

А ведь из-за такой мелочи США могли лишиться мирового лидерства в области космических исследований, ведь без плутония-238 в дальнем космосе делать нечего: «Не будет большим преувеличением сказать, что будущее бесспорного лидерства США в области планетных исследований в 21 веке зависит от плутония-238, — сказал тогда в интервью интернет-газете Space.com Алан Стерн, руководитель миссии “Новые горизонт”. — Мы ещё сможем предпринять одну исследовательскую миссию после Curiosity, но это всё. Какое-то сумасшествие. Безответственно подходить так близко к краю пропасти. Нам нужно обращаться к русским, чтобы попасть на орбитальную станцию, мы уже не можем исследовать Луну так, как в те времена, когда я был еще мальчишкой, а теперь еще и лишимся способности исследовать Солнечную систему до самых её границ».

Но сейчас ситуация близка к удачному разрешению. Министерству энергетики удалось масштабировать производство — и скоро NASA должно получить плутоний-238 в необходимом количестве.

Похитители собственной смерти / События / Независимая газета

Военная контрразведка Северного флота совместно с УВД и УФСБ по Мурманской области продолжают искать похитителей радиоактивного оборудования с двух маяков Кольского залива. Хищение деталей радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ) квалифицировано как радиационная катастрофа, последствия которой обещают ликвидировать к концу недели. Первый этап ликвидации начался вчера — специалисты службы радиационной безопасности Северного флота готовятся к транспортировке РИТЭГов в Челябинск — на НПО «Маяк».

О том, что РИТЭГи с двух маяков — у входа в Екатерининскую гавань и на острове Южный Горячинский — разобраны, а важнейшие детали (в том числе содержащие стронций), исчезли, специалистам стало известно в ходе планового осмотра оборудования. В прошлую среду гидрографы обнаружили в прибрежной полосе на глубине трех метров корпуса РИТЭГов (тип «Бэта-М», снабжает электроэнергией навигационные знаки на северном берегу Кольского залива и на нескольких островах). По мнению экспертов, опасность состоит в том, что похищенные детали генераторов являются источником повышенной радиации с мощностью излучения около тысячи рентген в час. Потому нахождение вблизи такой аппаратуры в радиусе 500 метров представляет реальную угрозу не только здоровью, но и жизни людей.

«Работы по приведению разобранных РИТЭГов в безопасное состояние уже начались, — рассказал корреспонденту «НГ» консультант отдела ядерной и радиационной безопасности департамента экономики Мурманской области Владимир Козловский. — Из Москвы доставлены спецконтейнеры, в которые их положат и отправят на обследование и хранение в Челябинск». Что касается исходящей от РИТЭГов опасности для местных жителей, то, как говорит Козловский, «район места происшествия, по счастью, практически безлюден». Тем не менее местные информационные агентства сообщают, что окрестности мыса Горячинский уже несколько дней находятся под охраной кораблей Кольской флотилии, а берега Екатерининской гавани патрулируют наряды ОВД города Полярный (оба маяка находятся в подчинении этого закрытого территориального объединения).

Пока поиски похитителей результатов не дали. Как сообщили в областном УФСБ, были задержаны двое подозреваемых. Но они вероятнее всего не причастны к похищению — следов радиации на их коже нет. Правоохранительные органы не исключают, что похитители могут обратиться за врачебной помощью — во все медучреждения области разосланы сообщения об инциденте. Специалисты уверены, что похитители деталей с РИТЭГов (элементов защиты, содержащих радиоактивный стронций), обречены. «Они получили такие дозы облучения, что последствия могут быть ужасными, вплоть до смертельного исхода», — высказал свое мнение в беседе с корреспондентом «НГ» Владимир Козловский.

Подобное ЧП — уже не первое в Мурманской области. В 2001 году в Кандалакше разобрали четыре РИТЭГа, четверо преступников получили серьезные дозы облучения. В целом проблема обращения с радиоактивными источниками более чем актуальна для российского Севера и всего Арктического региона. По оценкам департамента радиационных отходов МАГАТЭ, в Мурманской области находятся как минимум 140 источников на основе стронция-90, используются они в навигационных маяках.

Применение радиоактивных источников в северной навигации обусловлено суровыми климатическими условиями. К примеру, на Чукотке специалисты порой не могут добраться к генераторам по нескольку лет. Да это и не требуется: срок их автономной работы превышает десять лет. «Альтернативы сегодня таким источникам мы не имеем, — считает эксперт Минатома РФ Николай Кузелев. — Они в течение десятилетий снабжают электроэнергией необслуживаемую аппаратуру. За последние три года было обследовано 254 изделия, отработавших свой ресурс. Не выявлено ни одного случая отказа самих источников».

Комментарии для элемента не найдены.