Плутоний-238 долго был единственным практичным источником энергии для космических кораблей за пределами орбиты Марса, где солнечное излучение слишком слабо. Однако его запасы подходят к концу, как закончилась некогда и породившая их холодная война. Причём даже у безальтернативного сегодняшнего поставщика — России. У США, полностью зависящих от этого источника, есть кое-что на складах, но до конца десятилетия исчерпаются и эти запасы.
Есть разные схемы развёртывания производства плутония-238. Однако даже для НАСА они дороги. Именно поэтому исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории намерены создать ядерный реактор размером… с футбольный мяч, интегрированный в головную часть автоматического космического зонда.
Да, это примерно то, что предсказывал великий Азимов ещё до появления открытой информации о ядерной бомбе, разрабатывавшейся, кстати, в той же лаборатории. Стоп, скажете вы, но ведь это технически невозможно! Даже если сам реактор там и уместится, то как быть с системой обеспечения безопасности, радиационной защитой и прочим?
Концепция предельно, как-то даже по-японски минималистична. Цилиндр из 22,5 кг урана диаметром примерно в 10 см снабжён выемкой для стержня замедлителя, изготовленного из карбида бора. Теплоотвод планируется при помощи тепловых трубок, то есть устройства, которое известно вам по вашему ноутбуку, если, конечно, вы хоть раз разбирали это капризное дитя китайской кремниевой индустрии. Помните отливающие медью «гнутые» трубки, обеспечивающие теплоотвод от наиболее нагруженных в тепловом смысле точек раскладного клатч-компьютера? Внутри такой трубки находится жидкость, обеспечивающая теплоотвод без использования каких-либо движущихся частей.
Таких трубок — только больше и длиннее — будет восемь, всего восемь. А активная зона помещается в головную часть зонда, окружённую бериллиевым отражателем, диаметр которого всего 25 см. В высоту активная зона не превосходит 30 см. Тепло, эвакуируемое с помощью трубок, приводит в действие восемь микростирлингов (по числу тепловых трубок), обеспечивающих до 500 Вт энергии на протяжении очень долгого времени (период полураспада урана весьма велик). Вес каждого микростирлинга — 1,35 кг.
Защитное зеркало служит экраном для хвостовых компонентов (электроники и приборов) космического аппарата, не давая им вкусить радиации из головной части. При выводе на орбиту стержень замедлителя задвинут до упора, так что даже в случае аварии расплавление активной зоне не угрожает. Лишь после активации АМС стержень выдвигается из активной зоны, запуская реактор.
По сообщению лаборатории, её специалисты уже испытали прототип мощностью в 24 Вт. Произошло это на опытном производстве Ядерного полигона в Неваде — там, где раньше окончательно собирали экспериментальные ядерные боеприпасы. Ясно, что пока главным преимуществом такой схемы является то, что уран, в отличие от плутония-238, в США есть, и в больших количествах. Однако у таких реакторов перед традиционными радиоизотопными источниками энергии для дальних космических миссий есть и другие преимущества. Отмечается, что рассматриваемая компоновка может быть масштабирована до очень больших размеров, которые можно было бы использовать для энергоснабжения марсианской базы, равно как и в иных удалённых от Солнца районах.
Кстати, и стоимость создания прототипа впечатляет. «Возможно один из самых важных аспектов этого эксперимента — то, что его реализация от концепта до завершения заняла всего шесть месяцев и стоила менее миллиона долларов», — сообщил Дэвид Диксон (David Dixon), один из инженеров Лос-Аламосской лаборатории .
А вот и небольшой видеоматериал о новом источнике энергопитания для автоматических межпланетных станций: