Некоторые космические аппараты, запущенные с Земли десятки лет назад, уже находятся настолько далеко от Солнца, что наша звезда кажется для них тусклым огоньком – одним из миллиардов других в космосе. Конечно, эти аппараты уже не могут получать энергию при помощи солнечных батарей, а значит, инженеры вынуждены были искать решение данной проблемы.
Большинство энергии на Земле вырабатывается при помощи паровых машин: топливо – будь то газ, нефть, уголь, дерево или даже радиоактивные элементы – используется чтобы подогреть воду и получить пар, который затем приводит в движение турбину, соединенную с генератором. Конечно, устанавливать подобный сложный механизм, состоящий из множества движущихся деталей, по меньшей мере неразумно. Но есть и другой способ получить энергию, используя выделяющееся тепло. Речь идет о термоэлектрогенераторах – устройствах, способных преобразовывать тепловую энергию в электричество благодаря термоэлектрическому эффекту.
Физический эффект, который дает космическим кораблям, исследующим далекий космос, возможность поддерживать связь с Землей, был обнаружен еще в далеком 1821 году немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком. Ученый заметил, что если места контакта (местах спая) замкнутой цепи, состоящей из двух различных проводящих материалов, поддерживать при разной температуре, то в цепи возникает электрический ток. Это явление объясняется тем, что разница в температурах вызывает тепловой поток и перенос заряда в проводнике.
Это интересно: пока вы читаете эти строки, космический аппарат «Вояджер-1» продолжает свой более чем 39-летний полет. В августе 2012 года космический аппарат вышел за пределы Солнечной системы. Сейчас расстояние между «Вояджер-1» и Землей составляет более 20,600 млрд. км, но космический аппарат до сих пор продолжает посылать к Земле сигналы. Чтобы преодолеть такое расстояние свету потребуется около 19 часов.
Большинство энергии на Земле вырабатывается при помощи паровых машин: топливо – будь то газ, нефть, уголь, дерево или даже радиоактивные элементы – используется чтобы подогреть воду и получить пар, который затем приводит в движение турбину, соединенную с генератором. Конечно, устанавливать подобный сложный механизм, состоящий из множества движущихся деталей, по меньшей мере неразумно. Но есть и другой способ получить энергию, используя выделяющееся тепло. Речь идет о термоэлектрогенераторах – устройствах, способных преобразовывать тепловую энергию в электричество благодаря термоэлектрическому эффекту.
Физический эффект, который дает космическим кораблям, исследующим далекий космос, возможность поддерживать связь с Землей, был обнаружен еще в далеком 1821 году немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком. Ученый заметил, что если места контакта (местах спая) замкнутой цепи, состоящей из двух различных проводящих материалов, поддерживать при разной температуре, то в цепи возникает электрический ток. Это явление объясняется тем, что разница в температурах вызывает тепловой поток и перенос заряда в проводнике.
На основании данного явления созданы специальные генерирующие ток устройства – термоэлектрогенераторы. Их подвид – радиоизотопные термоэлектрогенераторы — установлены на многих космических аппаратах. Например, на «Кассини», изучающем Сатурн, «Кбюриосити», работающем на Марсе, и на «Новых горизонтах», который недавно передал на Землю уникальные сведения о Плутоне, пролетев всего в 12,5 тысячах км от его поверхности.
Это интересно: во время изучения Плутона «Новые горизонты» собрал около 50 Гб ценной научной информации. Ее передача на Землю займет около двух лет.
В радиоизотопных термоэлектрогенераторах (РИТЭГ) тепло выделяется при помощи распада радиоактивных элементах. Чаще всего в качестве топлива используют плутоний-238 и стронций-90.
Выходная мощность РИТЭГов невелика, но зато они долговечны, надежны и, самое главное, компактны. Конечно, распад изотопов происходит неконтролируемо, поэтому, единожды созданный РИТЭГ будет генерировать электричество много лет подряд без остановки. Например, в случае с плутонием-238 срок службы постепенно деградирующего теплоэлектрогенератора составляет около 80 лет.
А как экономично расходовать полученную энергию – еще один не менее сложный вопрос, над которым при проектировании систем космического аппарата трудится не один десяток инженеров.