PULSAR разрабатывает ядерную энергетическую систему для лунных миссий

Исследовательский проект PULSAR, возглавляемый бельгийской инженерной компанией Tractebel, представил концепцию радиоизотопной энергетической системы, работающей на плутонии-238, которая может стать ключевым элементом для будущих космических миссий на Луну. Этот проект, анонсированный в июне 2022 года, финансируется в рамках программы Европейской комиссии «Евратом» и дополняет текущие исследования Tractebel, проводимые для Европейского космического агентства, по изучению возможности производства Pu-238 на территории Европейского союза.

В консорциум PULSAR входят такие авторитетные организации, как Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии, Бельгийский центр ядерных исследований (SCK-CEN), Французская комиссия по альтернативной энергетике и атомной энергии (CEA), а также компании INCOTEC, ArianeGroup, Airbus Defence and Space, Бургундский университет Франш-Конте и Arttic. Участники проекта стремятся не только разработать инновационные энергетические решения для космоса, но и сократить зависимость Европы от других стран в этой стратегически важной области.

Согласно заявлениям представителей Tractebel, современные радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) требуют значительных объемов топлива и имеют большой вес, что существенно увеличивает нагрузку на космические ракеты. Проект PULSAR направлен на преодоление этих ограничений за счет использования усовершенствованного двигателя Стирлинга, который позволит значительно повысить эффективность энергосистемы. Кроме того, консорциум ставит перед собой задачу развить в Европе технологии производства Pu-238, который в настоящее время на континенте не производится.

Ожидается, что к концу 2024 года проект PULSAR достигнет значительных результатов, включая разработку концепции радиоизотопной энергосистемы, адаптированной для лунных условий, технико-экономическое обоснование производства Pu-238 в Европе и анализ рынка, который изучит потенциал динамических энергосистем за пределами космической отрасли. Эти достижения могут стать важным шагом на пути к обеспечению энергетической независимости Европы в космических исследованиях.

Энергетическая система, разрабатываемая консорциумом PULSAR, предназначена для питания луноходов или грузовых транспортных средств мощностью от 100 до 500 Вт. Она включает в себя меры безопасности для запуска с Гвианского космического центра и оснащена двумя двигателями Стирлинга, работающими от центрального источника тепла на основе Pu-238. Модульная конструкция системы обеспечивает устойчивость к отказам, а ожидаемый КПД термоэлектрического преобразования составляет 20%.

Специалисты Tractebel провели комплексные инженерные исследования, включая проверку целостности конструкции, оценку радиационного воздействия, термический анализ и разработку механической сборки. Команда также создала трехмерную модель для моделирования лунных условий, которая станет основой для дальнейших этапов проектирования и повышения уровня технической готовности системы. Эти разработки закладывают фундамент для участия Европы в предстоящей миссии лунного спускаемого аппарата Argonaut.

Брие Шпиндлер, руководитель проекта PULSAR в Tractebel, подчеркнул, что достижения консорциума помогут Европе стать независимым лидером в области космических ядерных технологий. Он отметил, что компания активно участвует в европейских исследовательских проектах, направленных на развитие ядерных технологий для освоения космоса, включая производство реакторов и радиоизотопов, электрических двигателей и наземных систем. Используя свой опыт в ядерной сфере, Tractebel стремится расширить границы космических исследований и укрепить позиции Европы на этом стратегически важном направлении.

Стоит отметить, что космическое сообщество традиционно полагается на фотоэлектрические энергетические системы, которые изначально разрабатывались для использования в космосе, но нашли широкое применение и на Земле. Однако такие системы имеют серьезные ограничения, особенно для миссий в отдаленные уголки Солнечной системы, где плотность солнечной энергии значительно снижается. Например, на Сатурне она в сто раз ниже, чем на Земле. Кроме того, на Луне существует проблема двухнедельных ночей, что делает солнечные панели менее эффективными.

Именно поэтому с 1960-х годов в космических полетах активно используются радиоизотопные источники энергии, такие как Pu-238. Эти «ядерные батареи» обеспечивают непрерывное энергоснабжение и тепло для длительных миссий в дальний космос. Pu-238 получают путем облучения нептуния-237 в исследовательских реакторах, что делает его производство сложным, но крайне важным для будущих космических исследований.