Исследование внешней Солнечной системы требует много энергии
По мере развития науки и техники мы просим наши космические миссии приносить все больше и больше результатов. Марсоходы NASA MSL Curiosity и Perseverance иллюстрируют этот факт. Настойчивость — это исключительно изысканный набор технологий. Этим передовым марсоходам для выполнения своих задач требуется много энергии, а это означает громоздкие и дорогие источники питания. Исследование космоса становится все более энергозатратным делом. Орбитальные аппараты и пролетные миссии могут выполнять свои задачи, используя солнечную энергию, по крайней мере, на Юпитере. А ионные двигатели могут доставлять космические корабли в более отдаленные регионы. Но чтобы по-настоящему понять далекие миры, такие как спутники Юпитера и Сатурна или даже более далекий Плутон, нам в конечном итоге потребуется посадить на них вездеход и/или посадочный модуль так же, как мы сделали это на Марсе.
Эти миссии требуют большей мощности для работы, и это обычно означает MMRTG (многоцелевые радиоизотопные термоэлектрические генераторы). Но они громоздки, тяжелы и дороги — три нежелательные черты для космического корабля. Каждый стоит более 100 миллионов долларов. Есть ли лучшее решение? Стивен Полли думает, что да. Полли — научный сотрудник исследовательской лаборатории NanoPower в Рочестерском технологическом институте. Его работа сосредоточена на том, о чем большинство из нас, вероятно, никогда не слышали: разработка, выращивание, характеристика и интеграция материалов III-V методом газофазной эпитаксии металлоорганических соединений (MOVPE). Хотя это звучит сложно для неспециалистов, энтузиасты космоса могут легко понять идею, к которой привела вся его работа: потенциально новый способ запуска космических миссий.
Полли работает над тем, что может стать революционным способом запуска космических кораблей в дальние путешествия к внешним планетам. Это называется терморадиационная ячейка (TRC), и она похожа на MMRTG. В качестве источника энергии он использует радиоизотоп. Полли использует технологию, называемую газофазной эпитаксией металлоорганических соединений (MOVPE). Она использует химические пары для производства тонких поликристаллических пленок. Это промышленный процесс, используемый в оптоэлектронике для изготовления светоизлучающих диодов (LED). В работе Полли используется MOVPE для создания термоизлучающих элементов (TRC). TRC используют радиоизотоп, как и MMRTG, и основаны на тепле радиоактивного распада, но есть разница. Распад нагревает TRC, который затем излучает свет. Затем свет достигает фотогальванического элемента, который, в свою очередь, производит электричество. Это что-то вроде комбинации MMRTG и солнечной энергии.
Но идея Полли намного меньше, и это святой Грааль в разработке космических кораблей. «Это устройство, работающее от радиоизотопного источника тепла, позволит на порядок увеличить удельную мощность по массе (~30 Вт/кг против ~3 Вт/кг) и уменьшить объем на три порядка (~0,2 против ~212 Вт/кг). L) по сравнению с обычным многоцелевым радиоизотопным тепловым генератором (MMRTG)», — пояснила Полли в кратком пресс-релизе. Полли пишет, что эти устройства могут революционизировать нашу деятельность по исследованию космоса. Это может привести к распространению небольших космических кораблей, которым не нужно разворачивать большие солнечные батареи или нести громоздкие, тяжелые MMRTG. Технологические достижения постоянно сокращают научную полезную нагрузку, поэтому, если источник энергии может уменьшаться вместе с ними, кубсаты могут стать гораздо более полезными.
«Это напрямую позволит отправлять небольшие спутники к внешним планетам, а также проводить операции в постоянных тенях, таких как полярные лунные кратеры», — объясняет Полли. Впервые технология может быть использована в полете к Урану. «Мы проанализируем терморадиационный преобразователь для питания CubeSat (или флота CubeSat), который может летать вместе с флагманской миссией Uranus, выполняя такие задачи, как передача информации для атмосферных зондов и получение параллаксного изображения планеты и лун. " Мы все готовы к поездке — или, по крайней мере, наш интеллект и воображение — когда мы отправляем космический корабль в солнечную систему для исследования природы. Если работа Полли увенчается успехом и можно будет построить космический корабль с меньшими по размеру и более эффективными источниками энергии, полет станет еще интереснее. Идея Полли — это первый этап отбора в NIAC, Программе передовых инновационных концепций НАСА. Он получил финансирование для дальнейшего развития идеи.
