Радиоизотопный стирлинг-генератор (др. название «Радиоизотопный генератор Стирлинга», англ. Stirling radioisotope generator, SRG) — это тип радиоизотопного генератора, основанный на двигателе Стирлинга, питаемом большим блоком радиоизотопного нагревателя. Генератор был протестирован на Земле НАСА, но разработка была отменена в 2013 году, прежде чем генератор можно было бы 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.
Концепция Горячий конец конвертера Стирлинга нагревается, и гелий под воздействием высокой температуры приводит в движение поршень. Тепло отводится в холодную часть двигателя. Движение поршня преобразуется генератором переменного тока 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.
Предыстория 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 годов разработка была 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.
Испытания В 2020 году в Исследовательской лаборатории Стирлинга в центре Гленна при НАСА свободнопоршневой преобразователь энергии Стирлинга проработал 15 лет без обслуживания и без деградации. Эта продолжительность равна расчетному сроку эксплуатации радиоизотопного термоэлектрического генератора и сможет 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.
Усовершенствование Небольшая система Turbo-Brayton также находится в стадии технологической разработки. В результате продолжающейся 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. В начале XXI века был реализован крупный проект, использующий эту концепцию: усовершенствованный радиоизотопный стирлинг-генератор, источник энергии на основе электрического преобразователя мощностью 55 Вт.
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.
Закрытие проекта Усовершенствованный радиоизотопный стирлинг-генератор прошёл квалификационные испытания в центре Гленна в качестве источника питания для будущей космической миссии и был включен во многие предложения миссий того времениB. Berger - Discovery Mission Finalists Could Be Given Second Shot (2014), но был отменен в 2013 годуThe ASRG Cancellation in Context Future Planetary Exploration из-за бюджетных ограничений НАСА.
См. также
Радиоизотопный термоэлектрический генератор
Примечания
Внешние ссылки
Новости программы НАСА по радиоизотопным энергетическим системам Радиоизотопные энергетические системы для новых рубежей Зачем разрабатывать генератор радиоизотопов Стирлинга? Свободнопоршневой конвертер Стирлинга установил рекорд в Исследовательском центре Гленна НАСА
Категория:Ядерная энергетика в космосе Категория:Электрогенераторы Категория:Ядерные технологии