Радиоизотопный стирлинг-генератор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Компонент радиоизотопного стирлинг-генератора во время испытаний нагревается индукционным способом.

Радиоизотопный стирлинг-генератор (др. название «Радиоизотопный генератор Стирлинга»[1], англ. Stirling radioisotope generator, SRG) — это тип радиоизотопного генератора, основанный на двигателе Стирлинга, питаемом большим блоком радиоизотопного нагревателя. Генератор был протестированы на Земле НАСА, но разработка была отменена в 2013 году, прежде чем генератор можно было использовать в реальных миссиях космических кораблей. Аналогичный проект НАСА, который все еще находится в стадии разработки под названием Kilopower, также использует двигатели Стирлинга, но в качестве источника тепла использует небольшой урановый ядерный реактор[2].

Концепция[править | править код]

Горячий конец конвертера Стирлинга достигает высокой температуры, и нагретый гелий приводит в движение поршень, при этом тепло отводится на холодный конец двигателя. Генератор переменного тока преобразует движение в электричество. Учитывая очень ограниченные запасы плутония, конвертер Стирлинга примечателен тем, что производит примерно в четыре раза больше электроэнергии из плутониевого топлива по сравнению с радиоизотопным термоэлектрическим генератором[3].

Предыстория[править | править код]

Разработка технологий циклов Стирлинга и Брайтона ведётся в Исследовательском центре Гленна при НАСА (ранее — в центре Льюиса) с начала 1970-х годов. Космический демонстрационный двигатель был первым испытанным двигателем мощностью 12,5 кВт на цилиндр. Более поздний двигатель такого размера, Component Test Power Converter, использовал нагревательную головку с тепловой трубкой «Морская звезда» вместо контура накачки, используемого в Космическом демонстрационном двигателе. В период 1992-93 годовгаазработкабыла остановлена из-за прекращения работы над соответствующей ядерной энергетической системой SP-100 и новой концепции НАСА, сосредоточенной на «лучших, быстрых и дешевых» системах и миссиях[4].

Испытания[править | править код]

В 2020 году в Исследовательской лаборатории Стирлинга в центре Гленна при НАСА свободнопоршневой преобразователь энергии Стирлинга проработал 15 лет без обслуживания и без деградации[5][6]. Эта продолжительность равна расчетному сроку эксплуатации радиоизотопного термоэлектрического генератора и сожет удовлетворять типичные энергетические запросы миссий по исследованию внешних планет или даже более отдаленных объектов пояса Койпера. Устройство, получившее название «Преобразователь для демонстрации технологий № 13» (Technology Demonstration Converter 13), является старейшим из нескольких преобразователей, не обнаруживших никаких признаков ухудшения качества. С 2017 года программа НАСА «Радиоизотопные энергетические системы» в центре Гленна НАСА продолжила разработку нескольких технологий-кандидатов для первой динамической ракеты-носителя для полетов в космос, включая конструкции, основанные на рекордном Преобразователе для демонстрации технологий № 13 и газосодержащем преобразователе Стирлинга, который используется в радиоизотопном стирлинг-генераторе[7].

Усовершенствование[править | править код]

Небольшая система Turbo-Brayton также находится в стадии технологической разработки. В результате продолжающейся по разработки технологии динамического преобразования появилось несколько жизнеспособных конструкций генераторов в диапазоне 100–500 Вт. В краткосрочной перспективе демонстрационная миссия на Луну с использованием динамической радиоизотопной энергетической системы в рамках программы НАСА «Артемида» может стать первой возможностью использования системы в космических полетах. Использование её в полезной нагрузке, приземлившейся на Луну, позволит ей выжить и продуктивно работать в течение двухнедельных лунных ночей или в постоянно затененных кратерах вблизи полюсов Луны[8]. В начале XXI века был реализован крупный проект, использующий эту концепцию: усовершенствованный радиоизотопный стирлинг-генератор, источник энергии на основе электрического преобразователя мощностью 55 Вт[9][10][11].

Закрытие проекта[править | править код]

Источником тепловой энергии усовершенствованного радиоизотопного стирлинг-генератора был источник тепла общего назначения, который содержал четыре топливные таблетки Плутония-238 с иридиевой оболочкой, имеющие 5 см в высоту и 10 кв см в основании, а весил 1,44 кг. Горячий конец конвертера Стирлинга достиг 650°C, и нагретый гелий приводил в движение свободный поршень, совершающий возвратно-поступательное движение в линейном генераторе переменного тока. Тепло отводилось на холодном конце двигателя. Переменный ток, производимый генератором переменного тока, затем преобразовывался в постоянный ток мощностью 55 Вт. Каждый блок может использовать два преобразователя Стирлинга с тепловой мощностью около 500 Вт, подаваемой двумя блоками генератора, и будет выдавать 100–120 Вт электрической мощности. Усовершенствованный радиоизотопный стирлинг-генератор прошёл квалификационные испытания в центре Гленна в качестве источника питания для будущей космической миссии. Усовершенствованный радиоизотопный стирлинг-генератор был включен во многие предложения миссий того времени[12], но был отменен в 2013 году[13] из-за бюджетных ограничений НАСА[14].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Сергей Богданов, Владимир Рябцев. Современные проблемы науки и производства в агроинженерии. Учебное пособие для вузов. — Litres, 2022-08-31. — С. 127. — 249 с. — ISBN 978-5-04-462184-8.
  2. ↑ Salah Ud-Din Khan, Alexander V. Nakhabov. Nuclear Reactor Technology Development and Utilization. — Woodhead Publishing, 2020-06-16. — С. 289. — 514 с. — ISBN 978-0-12-818943-6.
  3. ↑ National Research Council, Division on Engineering and Physical Sciences, Aeronautics and Space Engineering Board, Space Studies Board, Radioisotope Power Systems Committee. Radioisotope Power Systems: An Imperative for Maintaining U.S. Leadership in Space Exploration. — National Academies Press, 2009-07-14. — С. XXIX. — 69 с. — ISBN 978-0-309-14176-5.
  4. ↑ Lee S. Mason and Jeffrey G. Schreiber. A Historical Review of Brayton and Stirling Power Conversion Technologies for Space Applications. Glenn Research Center, Cleveland, Ohio (2007).
  5. ↑ Stirling Converter Sets 14-Year Continuous Operation Milestone (англ.). NASA RPS: Radioisotope Power Systems. Дата обращения: 25 октября 2021.
  6. ↑ It keeps going and going: Stirling Engine test sets long-duration record at NASA Glenn (амер. англ.). SpaceFlight Insider (30 июля 2018). Дата обращения: 25 октября 2021.
  7. ↑ Salvatore M. Oriti and Scott Wilson. Dynamic Power Convertor Development for Radioisotope Power Systems at NASA Glenn Research Center. NASA/TM. Glenn Research Center, Cleveland, Ohio (2018).
  8. ↑ NASA Supports America's National Strategy for Space Nuclear Power and Propulsion (англ.). NASA RPS: Radioisotope Power Systems. Дата обращения: 8 декабря 2023.
  9. ↑ ASRG data sheet (PDF) (Report). NASA Glenn. Дата обращения: 9 мая 2023.
  10. ↑ NASA Technical Memorandum TM-2007-214806 (PDF) (Report). Дата обращения: 3 мая 2011.
  11. ↑ Space Radioisotope Power Systems Advanced Stirling Radioisotope Generator (PDF) (Report).
  12. ↑ B. Berger - Discovery Mission Finalists Could Be Given Second Shot (2014)
  13. ↑ The ASRG Cancellation in Context Future Planetary Exploration
  14. ↑ Future Planetary Exploration: The ASRG Cancellation in Context. Future Planetary Exploration (8 декабря 2013). Дата обращения: 25 октября 2021.

Внешние ссылки[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Радиоизотопный_стирлинг-генератор&oldid=136582960