Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Ядерная энергетика и атомные спутники в космосе

Сегодня энергия является одним из наиболее важных источников для жизни человечества. Энергия в том числе ядерная нужна и в космосе.

На земле используются различные энергетические ресурсы, такие как ископаемое топливо (уголь, нефть и т.д.), ядерная энергетика и возобновляемые источники  (солнце, ветер, геотермальная энергия и т.д.). Аналогичным образом ядерная энергетика в космосе требуется  на разных этапах их жизненного цикла, и они требуют собственных ядерных источников энергии.ядерной источник энергииядерной источник энергии

Для спутников Земли современная технология позволяет использовать солнечную энергию, где электричество генерируется фотоэлектрическим эффектом с помощью солнечного света на определенные субстраты, в основном кремний и германий. При этом достаточно использования солнечного излучения  для  миссий по изучению Солнца и планет внутренней солнечной системы и создания необходимой электрической мощности.

Однако потому что интенсивность солнечного света уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца, солнечная энергия становится слишком слабой за пределами определенного расстояния от космических аппаратов, которые отправит человек на внешнюю часть солнечной системы и за её пределами.

Нужен другой ядерной источник  энергии для питания систем. станция Юнонастанция Юнона Например, станция «Юнона» запущенная в 2011 году, которая вышла на полярную орбиту Юпитера  и наблюдает за планетой имеет три огромных солнечных батареи размером 2,7 х 8,9 м для удовлетворения своих потребностей в энергии. Ядерный источник энергии для спутника имеет намного меньшие габариты.

Ядерная энергетика в космосе использует энергетические системы более чем пять десятилетий, позволяя построить базу знаний о далеких планетах и межзвёздном пространстве. Два основных типа питания с применением ядерного спутника    используются в космосе: «ядерные реакторы» и «радиоизотопные источники».

Технология работы ядерного спутника

ядерная энергетика в космосеядерная энергетика в космосе В системе ядерного реактора источником энергии ядерного спутника является тепло, генерируемое контролируемым делением урана. Затем это тепло передается охлаждающей жидкости для теплообмена либо преобразования статической или динамической систем, которая превращается  в электричество. В радиоизотопной системе радиоизотопы используются в качестве источника тепла, но в отличие от ядерных реакторов, используются процессы не деления или синтеза.

Термоэлектрические генераторы: технология основывается на термоэлектрических материалах — специальные виды полупроводников, которые генерируют электрический ток на разнице температур.

Чем больше разность температур, тем больше электроэнергии производится. Известно, что эти системы называют радиоизотопные термоэлектрические генераторы

Это простая  и очень надежная технология, поскольку она не предусматривает каких-либо движущихся частей. Также источники питания долгосрочны, поскольку они действуют до тех пор пока изотоп производит полезный уровень тепла.

Россия запустила около 40 космических аппаратов с ядерными установками на борту, а также некоторые с термоэлектрическим генератором.

Долгосрочный полет  космического аппарата возможен только с доминирующей ядерной энергосистемой для космических исследований.

Первый ядерный спутник полетел более 50 лет назад. С тех пор десятки космических аппаратов используют атом и изучили Луну и почти каждую планету в солнечной системе. Во многих из этих случаев радиоизотопы использовались не только для производства электроэнергии, но и чтобы согреть оборудование в холодных условиях на поверхностях планет или в глубоком космосе и имеющее весьма важное значение для эффективности операций. А спускаемому аппарату  Филе не хватило энергии чтобы выполнить полностью свою миссию.

Ядерной источник  энергии для полетов  космических аппаратов

Ядерной источник  энергии на космических аппаратах дает радиоизотопные термоэлектрические генераторы Плутоний-238 с периодом полураспада 88 лет. Обладая  высокой теплоемкостью, он позволяет источникам тепла быть компактными для производства полезного уровня энергии. Один килограмм Pu-238 может генерировать около 560 Вт тепловой мощности.

Еще одним преимуществом ядерного источника  энергии с  Pu-238 является характеристика выбросов. В отличие от ряда других радиоизотопов, которые излучают неприятные гамма или бета-излучения, Pu-238 распадается на альфа выбросы и обладает исключительно низким гамма и нейтронным излучением. Поскольку альфа-частицы могут быть остановлены тонким материалом, при использовании Pu-238 возможна защита людей и космического аппарата от воздействия радиоактивных изотопов.

Как резюме Pu-238 – это специальный материал для уникальных особенностей, которые дают предпочтительный выбор для питания космических миссий на протяжении десятилетий.

Pu-238 был обнаружен в 1940-х годов исследователями и производился в нескольких лабораториях во всем мире на протяжении нескольких десятилетий.  Ядерной источник  энергии для  каждого космического полета использует 3-11 кг Pu-238 на борту и  этого запаса достаточно, чтобы запустить 2-3 небольших межпланетных  миссий с энергией в течение нынешнего десятилетия.