Усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга - Advanced Stirling radioisotope generator

Схема в разрезе усовершенствованного радиоизотопного генератора Стирлинга

В усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга (ASRG) была радиоизотоп система питания, впервые разработанная в НАСА Исследовательский центр Гленна. Он использует Стирлинг технология преобразования энергии для преобразования тепла радиоактивного распада в электричество для использования на космический корабль. Процесс преобразования энергии, используемый ASRG, примерно в четыре раза более эффективен, чем в предыдущих радиоизотопных системах, для производства аналогичного количества энергии и позволяет использовать около четверти энергии. плутоний-238 как другие подобные генераторы.

Несмотря на расторжение контракта на разработку полета ASRG в 2013 году, НАСА продолжает небольшие инвестиционные испытания, проводимые частными компаниями. Готовые к полету единицы на базе Стирлинга ожидаются к 2028 году.

Разработка

Разработка велась в 2000 году при совместном спонсорстве Министерство энергетики США (DoE), Локхид Мартин Космические Системы, и Исследовательская лаборатория Стирлинга[1] в НАСА Исследовательский центр Гленна (GRC) для потенциального будущего космические миссии.

В 2012 году НАСА выбрало миссию на солнечной энергии (На виду ) для Открытие 12 межпланетная миссия, для которой в противном случае потребовалась бы радиоизотопная энергетическая система для запланированного на 2016 год запуска (который, как оказалось, впоследствии был отложен до 2018 года).

Министерство энергетики расторгло контракт с Lockheed в конце 2013 года после того, как его стоимость превысила 260 миллионов долларов, что на 110 миллионов долларов больше, чем первоначально ожидалось.[2][3][4][5] Также было решено использовать оставшееся программное обеспечение для создания и тестирования второго инженерного блока (для тестирования и исследований), который был завершен в августе 2014 года на этапе закрытия и отправлен в GRC.[6][7] Тестирование, проведенное в 2015 году, показало, что колебания мощности всего за 175 часов работы становятся все более частыми и значительными.[8]

НАСА также требовалось дополнительное финансирование для продолжения производства плутония-238 (который будет использоваться в существующих MMRTG тем временем для зондов дальнего действия) и решил использовать экономию от отмены ASRG, чтобы сделать это, а не получать финансирование от научных миссий.[7]

Несмотря на расторжение контракта на разработку полета ASRG, НАСА продолжает небольшие инвестиционные испытания технологий преобразователей Стирлинга, разработанных Sunpower Inc. и Infinia Corporation, в дополнение к блоку, поставляемому Lockheed, и тепловой трубке с переменной проводимостью, поставляемой Advanced Cooling Technologies, Inc.[1][9] Готовых к полету агрегатов на базе технологии Стирлинга не ожидается до 2028 года.[10]

Характеристики

Более высокая эффективность преобразования Цикл Стирлинга по сравнению с радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи) использовались в предыдущих миссиях (Викинг, Пионер, Вояджер, Галилео, Улисс, Кассини, Новые горизонты, и Марсианская научная лаборатория ) дало бы преимущество в четырехкратном сокращении PuO2 топливо, вдвое меньшее массы РИТЭГа. Он произвел бы 140 Вт электроэнергии, используя четверть плутония, необходимого для РИТЭГ или MMRTG.[11]

Два готовых агрегата имели следующие ожидаемые характеристики:[12]

  • ≥14 лет жизни
  • Номинальная мощность: 130 W
  • Масса: 32 кг (71 фунт)
  • КПД системы: ≈ 26%
  • Общая масса плутоний-238 -диоксид: 1,2 кг (2,6 фунта)
  • Плутоний в двух Источник тепла общего назначения («Пу238 Кирпичи ») модули
  • Размеры: 76 см × 46 см × 39 см (2,5 футов × 1,5 футов × 1,3 футов)

Предложения по перелету

ASRG можно устанавливать на самые разные транспортные средства, от орбитальных аппаратов, спускаемых аппаратов и марсоходов до воздушных шаров и планетарных лодок. Космический корабль, предложенный использовать этот генератор, был Время лодка-спускаемый аппарат Титан, самая большая луна планеты Сатурн, запуск которого запланирован на январь 2015 г.,[13][14] или 2023 г.[15] В феврале 2009 года было объявлено, что НАСА / ЕКА предоставили Миссия системы Юпитер Европа (EJSM / Laplace) приоритет миссии перед Миссия системы Титан Сатурн (TSSM), который мог бы включать TiME.[16][17] В августе 2012 года TiME также проиграла в конкурсе класса Discovery 2016 года. На виду Посадочный модуль на Марс.[18]

В HORUS миссия предлагала использовать три ASRG для питания орбитального корабля для Уранский система.[19] Еще одна концепция зонда Урана с использованием ASRG была МУЗА который был оценен как миссия ESA L-класса и расширенная миссия New Frontiers.[20] В Орбитальный аппарат Юпитер-Европа миссия предложила использовать четыре ASRG для питания орбитального корабля в системе Юпитера. Другой возможностью был Марс Гейзер Хоппер.

В 2013 году было предложено запустить три блока ASRG на борту ОГОНЬ зонд для изучения спутника Юпитера Ио на предмет Программа New Frontiers Миссия 4.[21][22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б "Исследовательская лаборатория Стирлинга / Преобразование тепловой энергии". Получено 2016-08-12.
  2. ^ Отмена ASRG в контексте Будущее планетарных исследований
  3. ^ Закрытие программы ASRG. Автор: Кейси Драйер. 23 января 2014 г.
  4. ^ Поддержка исследовательским центром NASA Glenn проекта усовершенствованного радиоизотопного генератора Стирлинга. (PDF) Уилсон, Скотт Д. Исследовательский центр Гленна НАСА. 1 апреля 2015 г. Проверено 8 апреля 2016 г.
  5. ^ «Испытания усовершенствованной установки по разработке радиоизотопных генераторов Стирлинга в исследовательском центре Гленна» (PDF). Получено 2016-05-20.
  6. ^ «Конструкторская установка усовершенствованного радиоизотопного генератора Стирлинга 2 (ASRG EU 2), окончательная сборка» (PDF). Получено 2016-05-20.
  7. ^ а б "Lockheed сокращает команду ASRG в начале работы по закрытию - SpaceNews.com". 16 января 2014 г.. Получено 31 августа, 2016.
  8. ^ Усовершенствованная группа разработки радиоизотопных генераторов Стирлинга 2 Исследование аномалий. НАСА. Левандовски, Эдвард Дж., Доббс, Майкл У. и Орити, Сальваторе М. Опубликовано 30 марта 2018 г.
  9. ^ Оптимизированная резервная система охлаждения с тепловыми трубками протестирована с помощью преобразователя Стирлинга [sic]. (PDF) НАСА GRC. 1 марта 2016 г.
  10. ^ "Техническая встреча в Стирлинге" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-04-20. Получено 2016-04-08.
  11. ^ Леоне, Дэн (11 марта 2015 г.). "Запасы плутония в США пригодны для еще двух ядерных батарей после Марса 2020". Космические новости. Получено 2015-03-12.
  12. ^ Реккарт, Тимоти А. (22 января 2015 г.). "Усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга". Исследовательский центр Гленна. НАСА. Архивировано из оригинал на 2016-03-30. Получено 2016-04-08.
  13. ^ Стофан, Эллен (25 августа 2009 г.). "Titan Mare Explorer (TiME): первое исследование внеземного моря" (PDF). В архиве (PDF) из оригинала 24 октября 2009 г.. Получено 2009-11-03.
  14. ^ Исследователь Titan Mare (TiME): Первое исследование внеземного моря
  15. ^ Titan Mare Explorer: TiME для Titan. (PDF) Лунно-планетный институт (2012).
  16. ^ «НАСА и ЕКА уделяют приоритетное внимание миссиям на внешних планетах». НАСА. 18 февраля 2009 г.
  17. ^ Ринкон, Пол (18 февраля 2009 г.). "Юпитер в прицелах космических агентств". Новости BBC.
  18. ^ Вастаг, Брайан (20 августа 2012 г.). «НАСА отправит на Марс робот-дрель в 2016 году». Вашингтон Пост.
  19. ^ Smith, R.M .; Yozwiak, A.W .; Ледерер, А.П .; Черепаха, Э. (2010). "HORUS - орбитальная разведка системы Урана" Herschel ". 41-я конференция по лунным и планетарным наукам (1533): 2471. Bibcode:2010LPI .... 41.2471S.
  20. ^ [1]
  21. ^ Облет Ио с повторными встречами: концептуальный дизайн миссии New Frontiers на Ио. Терри-Энн Суэр, Себастьяно Падован, Дженнифер Л. Уиттен, Росс В.К. Поттер, Светлана Школяр, Морган Кейбл, Кэтрин Уокер, Джейми Салай, Чарльз Паркер, Джон Камберс, Дайана Джентри, Таня Харрисон, Шантану Найду, Гарольд Дж. Траммелл, Джейсон Реймуллер, Чарльз Дж. Бадни, Лесли Л. Лоуз. Успехи в космических исследованиях, Том 60, выпуск 5, 1 сентября 2017 г., страницы 1080-1100
  22. ^ Облет Ио с повторными встречами (FIRE): миссия New Frontiers, разработанная для изучения внутреннего вулканического тела в Солнечной системе. (PDF) Р. В. К. Поттер, М. Л. Кейбл, Дж. Камберс, Д. М. Джентри, Т. Н. Харрисон, С. Найду, С. Падован6, К. В. Паркер, Дж. Реймуллер, С. Школяр, T-A. Su-er, J. R. Szalay, H. J. Trammell, C. C. Walker, J. L. Whitten и C. J. Budney. 44-я Конференция по изучению луны и планет (2013 г.).

внешняя ссылка