Радіоізотопні джерела живлення використовуються в космосі вже понад 60 років, забезпечуючи енергією та теплом міжпланетні зонди, що прямують у найвіддаленіші куточки Сонячної системи — туди, де «гасне» сонячне світло і мерзнуть прилади. Класичний приклад — радіоізотопний термоелектричний генератор (РІТЕГ), який перетворює тепло, що виділяється під час природного розпаду радіоактивних ізотопів, у електрику.
Чому потрібна заміна плутонію‑238
Традиційно в РІТЕГах застосовували плутоній‑238 (Pu‑238), а раніше — ізотоп стронцій‑90. Плутоній мав високу теплову потужність (приблизно 567 Вт/кг) та період напіврозпаду близько 87 років, але його виробництво було дорогим, складним і пов’язаним із жорсткими вимогами безпеки.
В США виробництво Pu‑238 припинили у 1988 році, а в 1990‑х почали закуповувати його в Росії. Останні поставки закінчилися у 2008‑му, що призвело до гострого дефіциту. Ця нестача стала реальною загрозою для майбутніх космічних місій NASA.
Америцій‑241 — нова епоха космічної енергетики
Одним із перспективних замінників став америций‑241 (Am‑241) — ізотоп із періодом напіврозпаду близько 432 років, який значно дешевший та простіший у виробництві. Він активно виготовляється в Європі та вже проходить випробування в США.
У 2025 році NASA спільно з Університетом Лестера успішно протестували машинну установку з нагрівачем на основі америцію. Це не класичний РІТЕГ, а система зі Стирлінг‑конвертором — двигуном зовнішнього згоряння, що перетворює тепло ізотопа на електрику.
Як працює Стирлінг‑генератор
На відміну від двигуна внутрішнього згоряння, тепло у Стирлінгу подається зовні, а в конструкції немає клапанів, системи запалювання чи складних рухомих вузлів. Це робить його надзвичайно довговічним — він може працювати десятиліттями без помітного зносу. Мінуси: потребує інтенсивного охолодження та погано реагує на зміну навантаження, але в умовах стабільної космічної місії це не критично.
NASA підкреслює, що під час випробувань установка показала відмовостійкість і досягла цільових показників ефективності навіть при відключенні одного модуля. Наступний етап — зменшена за масою, але ще ефективніша версія для випробувань у вакуумі та температурних умовах космосу.
Де зможуть використовувати америцій‑241
-
Дослідження далеких планет і супутників — там, де сонячна енергія майже не працює (Плутон, Титан, Європа).
-
Довготривалі автономні місії — ресурс ізотопа у кілька разів довший за Pu‑238.
-
Пілотовані бази на Місяці та Марсі — як джерело постійного тепла та електрики.
-
Робототехніка в глибокому космосі — без потреби в обслуговуванні десятиліттями.
Приклади використання РІТЕГів
РІТЕГи живили і продовжують живити легендарні місії: «Вояджер‑1» і «Вояджер‑2» (1977), «Нові горизонти» (2006), марсіанські ровери Curiosity та Perseverance, а в минулому — зонди «Галілео» та «Кассіні».
Використання америцію‑241 дозволить продовжити традицію міжпланетних місій навіть у разі дефіциту плутонію.
