Исследовательский консорциум PULSAR, возглавляемый бельгийской инженерной компанией Tractebel, представил концептуальный проект радиоизотопной энергетической установки, работающей на плутонии-238, для лунных космических миссий.
Проект, о котором было объявлено в июне 2022 года, финансируется Программой исследований и обучения Европейской комиссии Евратом и является дополнением к исследованию, которое Tractebel уже проводит для Европейского космического агентства по возможности производства Pu-238 в Европейском Союзе.
В консорциум входят Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии, Бельгийский центр ядерных исследований (SCK-CEN), Французский комиссариат по атомной энергии и альтернативным энергоисточникам (CEA), INCOTEC, ArianeGroup, Airbus Defence and Space, Бургундский университет Франш Конте и Арттик.
Tractebel сообщает, что при использовании нынешних ядерных батарей, радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ) «для обеспечения энергоснабжения миссий необходимы значительные количества топлива и большие РТГ, что увеличивает вес запускаемой космической ракеты. Проект направлен на значительное повышение эффективности радиоизотопной системы питания благодаря усовершенствованному двигателю Стирлинга».
PULSAR также стремится развивать в Европе технологии и возможности для производства Pu-238 - в настоящее время в Европе не производятся Pu-238 или радиоизотопные энергетические системы, и, поскольку космос стал стратегическим и экономическим приоритетом для Европы», ее зависимость от других стран вызывает беспокойство.
Завершенный в конце 2024 года, проект принес значительные результаты, в том числе: концептуальную конструкцию радиоизотопной энергетической системы, адаптированную для лунных применений; технико-экономическое обоснование производства плутония-238 в Европе; и анализ рынка на предмет потенциала динамических энергетических систем за пределами космического применения.
Радиоизотопная энергосистема (РЭС) консорциума PULSAR предназначена для поддержки лунохода или грузового носителя, потребляющего 100–500 Вт. Она включает в средства безопасности для запуска из Гвианского космического центра и оснащена двумя двигателями Стирлинга, работающими от расположенного в центре источника тепла Pu-238. Модульная конструкция обеспечивает устойчивость двигателя к отказам с ожидаемым КПД термоэлектрического преобразования 20%.
Tractebel сообщила, что ее эксперты-ядерщики провели комплексные инженерные исследования, включая проверку структурной целостности, оценку дозы радиации, термический анализ и разработку механической сборки. Команда разработала 3D-механическую и тепловую модель для симуляции лунных условий, что обеспечит основу для будущих итераций проектирования и более высоких уровней технической готовности. В заявлении говорится, что эта работа закладывает основу для участия Европы в предстоящей миссии лунного корабля «Аргонавт».
«Достижения консорциума PULSAR помогут позиционировать Европу как автономного мирового лидера в области космических ядерных технологий», — сказал Бриек Шпиндлер из Tractebel, руководитель проекта PULSAR. «Tractebel возглавляет европейские исследовательские проекты, направленные на развитие ядерных технологий для освоения космоса, включая производство РЭС и радиоизотопов, электродвижение и поверхностные системы деления».
Космическое сообщество полагалось, в основном, на фотоэлектрические энергетические системы — технологию, которая изначально была разработана для космических целей и нашла множество применений на Земле. Однако эти системы накладывают серьезные ограничения для миссий в такие места, как внешняя Солнечная система. Доступная солнечная энергия уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Например, на Сатурне плотность солнечной энергии в сто раз ниже, чем на Земле. Существует также проблема двухнедельных ночей на Луне.
Это означает, что радиоизотопные источники энергии, иногда называемые ядерными батареями, заправленные плутонием-238, обычно используются в космических миссиях с начала 1960-х годов. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы и радиоизотопные нагреватели могут непрерывно обеспечивать электроэнергией и теплом в течение длительных полетов в глубокий космос. Pu-238 производится путем облучения нептуния-237, извлеченного из топлива исследовательских реакторов или специальных мишеней в исследовательских реакторах.
