С момента запуска «Вояджера-2» прошло 44 года. Его достижения грандиозны, и ученые считают его прогресс впечатляющим. Для функционирования необходима энергия, о чём учёные НАСА задумались ещё до запуска зонда. Используемый метод питания космического аппарата уже более двух десятков лет служит источником энергии для ряда космических зондов.
Рассмотрим источники питания космического аппарата. Вариантом может быть применение обычных батарей или солнечных панелей. В чем проблема? Эти варианты работают эффективно, но не подходят для миссий, подобных «Вояджеру».
Для питания корабля до межзвездного пространства понадобится много батарей. Солнечными батареями можно было бы воспользоваться, если бы технологии были совершеннее. Как известно, солнечные батареи перестают быть эффективными на определенном расстоянии из-за удалённости космического зонда от Солнца.
Возможным решением проблемы может быть увеличение размера панелей, что позволит получать больше энергии. Помогло бы также повышение емкости накопителей энергии в ячейках. Учеными и энтузиастами созданы впечатляющие проекты, например, представленный на рисунке ниже.
Ранее самые удаленные применения солнечных батарей наблюдались на зонде Juno (запущенный в 2011 году для исследования орбиты Юпитера) с площадью панелей 45 м², Dawn (запущенный в 2007 году для изучения протопланет Весты и Цереры в поясе астероидов) с площадью панелей 36,4 м² и всемирно известной Rosetta (которая впервые посетила комету) с площадью панелей 64 м². Размер панели — не единственный фактор, но увеличение его площади было хорошим вариантом для более короткого промежутка времени.
Радиоизотопный термоэлектрический генератор
РИТЭГ — более распространенное название этой технологии. Это инновационный способ энергоснабжения космических зондов для длительных полетов. РИТЭГ подобна батарее, но работает иначе. Лучше назвать это ядерной батареей. Она функционирует за счет распада радиоактивного материала, выделяющего тепло. Затем термопары преобразуют тепло в энергию.
Термопара вырабатывает напряжение, пропорциональное разнице температур. Разница температур двух металлов, соединенных друг с другом, порождает магнитное поле, которое затем преобразуется в электрический ток.
Главный элемент системы — контейнер с радиоактивным веществом, называемый топливом. Распад этого вещества выделяет тепло, нагревая одну сторону термопары — одного из металлов. С другой стороны температура понижается из-за температуры окружающей среды и холода космоса, как известно, очень холодного. Это упрощённое объяснение, реальность же требует гораздо более строгих контролей.
Термопара оснащена блоками распределения тепла, которые собирают выделяющееся при распаде тепло, направляя его в место большей концентрации и конденсации. Для холодной части применяют материалы с низкой теплопроводностью и высокой электропроводностью. Благодаря этому РИТЭГи постоянно совершенствуются.
Тогда… сколько они продержатся?
Нет ничего вечного. Каждое радиоактивное вещество имеет… период полураспадаПри выборе материала важными считаются не только период полураспада, но и способность испускать высокоэнергетическое излучение, склонность к тепловому выделению при радиоактивном распаде, а также отношение тепловой мощности к массе. Из первоначального списка в 1300 рассматриваемых радиоактивных изотопов отобрали 47 с подходящими характеристиками. Что же такое период полураспада?
Радиоактивный распад атомов — это то, сколько времени им требуется разложиться. Нам нужно выбрать материал с большим периодом полураспада, потому что мы знаем, что можем его использовать дольше. 47 материалов сокращается до трех: плутоний-238, кюрий-244 и стронций-90.
Как работает «Вояджер-2»?
«Вояджер-2» работает на плутонии-238. Три РИТЭГа, которыми он оснащен, обеспечивают космический корабль мощностью 470 ватт при запуске, которая уменьшается вдвое каждые 87,7 лет. 87,7 лет — это период полураспада плутония-238. Теперь все сводится к тому, как НАСА распоряжается ресурсами «Вояджера-2». Агентство крайне успешно справляется с этим, экономя уже очень много энергии. Как это делают? Отключают системы, которые не нужны постоянно или сломаны без шансов на восстановление. PPS (фотополяриметрическая система) был первым прибором «Вояджера-2», который был отключен из-за неисправности в 1991 году, что позволило сэкономить 1,2 Вт.
С течением времени отключали и другие приборы. К 2025 году или чуть позже «Вояджер-2» уже не сможет питать ни один из них. Возможно, он продолжит отправлять слабые сигналы, но это неизвестно наверняка. В любом случае, «Вояджер-2» проработал дольше, чем предполагали большинство ученых, и его результаты великолепны. Даже после прекращения отправки сигналов на Землю «Вояджер-2» продолжит свое путешествие в космосе, пока не достигнет другой звезды или не столкнется с чем-нибудь по пути.