Для любой космической техники всегда стоит проблема энергоснабжения: не всегда хватает заряда аккумуляторов и мощности солнечных панелей. Поэтому применение радиоактивных материалов стало эффективным способом решить эту проблему.
Использовать энергию ядер можно двумя путями: непосредственно ставить ядерный реактор на аппарат или применять «батарейку» РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор). Каждый из представленных выше вариантов мы рассмотрим отдельно, так как они концептуально отличаются.
Начнем с РИТЭГов. По сути эти генераторы работают на энергии именно распада радиоактивного элемента. Частички, которые отлетают от элемента, ударяются о термопару, и выделяемое тепло вызывает нагрев и движение электронов в проводнике. Такие устройства могут работать очень долго, и это безопаснее чем классический ядерный реактор, поскольку опасных веществ там очень мало. Однако есть и минус: малая мощность, которая со временем уменьшается по мере распада вещества.
В качестве источника излучения используется плутоний-238, который дает чистый поток альфа-частиц. Однако материал довольно дорогой, поскольку он не добывается, а нарабатывается в реакторах.
Впервые в космос «ядерная батарейка» отправилась в 1961 г. Это был генератор типа SNAP 3B с 96 г плутония-238 в капсуле на борту американского спутника Transit 4A. Он стал первым космическим аппаратом на околоземной орбите, использующим энергию распада ядер.
Уже в 1965 г. СССР запустил спутник «Космос-84», в котором был установлен РИТЭГ «Орион-1», использующим полоний-210. Данный аппарат использовался для правительственной и военной связи в любой точке мира. На борту спутника находилось запоминающее устройство, которое принимало сообщение от абонента в момент пролета над ним, а потом переправляло адресату во время прямой видимости с ним.
Помимо этих аппаратов было еще много спутников с радиоизотопным источником питания. Это «Вояджеры», лунные посадочные модули, межпланетный аппарат «Новые горизонты» и прочие.
Помимо РИТЭГов на спутники ставили и ядерные реакторы. Это были уже полноценные источники питания с использованием энергии деления ядер, выделением огромного количества тепла и последующим переходом в электроэнергию.
Впервые такие реакторы или «самовары», как их называют специалисты, появились в СССР еще в 1964 году. Устройство «Ромашка», разработанное в Курчатовском институте, могло выдавать до 800 Вт мощности. При этом по замыслу самого Королёва «Ромашка» была идеальным источником электроэнергии для импульсных плазменным двигателей. Футуристично даже сейчас, не правда ли? Установку успешно испытали в 1966 году, но к сожалению, в космос она так и не полетела.
Однако уже в 1970-х на орбиту отправляется установка «Бук» на борту военно-морского разведывательного спутника УС-А. Данный аппарат благодаря мощному радару, который работал от энергии реактора, мог получать данные по тактической обстановке в реальном времени на огромной площади. Однако ввиду наличия радиоактивных элементов на борту спускать с орбиты УС-А было опасно, поэтому все они до сих пор находятся на высотах 700-1000 км от Земли, этакие космические ядерные могильники.
В конце 80-х в космосе оказывается новый аппарат с другим реактором. Спутник «Плазма-А» имел на борту новый реактор «Топаз-1». Электрическая мощность установки 6,6 кВт, т.е. можно снабдить электричеством, например, гриль для шаурмы. «Плазма-А» отработала на орбите 142 дня, как и предполагалось.
В наши дни основное внимание к себе привлекает проект российского ядерного буксира «Зевс».
В составе этого космического аппарата будет работать транспортно-энергетический модуль (ТЭМ) с ядерной энергоустановкой мегаваттного класса. В свою очередь, реактор дает энергию для работы ионного двигателя ИД-500. Корабль предлагается собирать на околоземной орбите и использовать для перевозки различной нагрузки, разгона других космических аппаратов и т.д. Реактор будет охлаждаться с помощью панелей-излучателей, которые непременно будут отражать свет Солнца, подобно МКС, а значит, возможно, на орбите Земли будет летать 50-метровая атомная «люстра», рассекающая пространство с первой космической скоростью.
Из-за высокой сложности и большого количества разных участвующих ведомств проект продвигается не так быстро, как нам всем хотелось бы, однако процесс идет.
В общем, человечество подчиняет себе энергию, по силе соизмеримую со звездами, чтобы отправиться к еще более дальним звездам.