Если бы на Philae стоял РИТЭГ
Иной источник электропитания мог бы значительно продлить работу зонда
Читатель, следивший за новостями посадки, знает, что некоторые системы аппарата «Филы» сработали не так, как ожидалось. Гарпуны для удержания зонда на поверхности не были выброшены: проблема была в 0,3 граммах нитроцеллюлозы, которая горела не так, как ожидалось. В 2013 году компания Copenhagen Suborbitals показала, что система на основе этого вещества в безвоздушном пространстве ненадёжна.
Не сработал и маленький ракетный двигатель, который должен был прижать зонд к поверхности для закрепления гарпунами. Команда, управлявшая операцией, сделала всё возможное. Но бурение поверхности тоже не сильно помогло: материал кометы вовсе не так мягок, он твёрд как лёд.
Самая большая проблема заключается в том, что аппарат уже вряд ли будет возможно использовать: для работы нужна электроэнергия, а солнце почти не светит на фотоэлементы «Филы», поскольку он отпрыгнул от поверхности и ушёл в отличную от заданной ЕКА точку. Заряд аккумуляторов быстро угас, но зонд успел отправить домой много интересной информации, включая данные об органических соединениях в атмосфере.
60 часов — звучит почти как провал, хотя на самом деле миссия была успешной. Мы привыкли к продолжительным периодам работы марсоходов: они бороздят поверхность красной планеты на протяжении месяцев и даже лет, обеспечивая сервисы социальных медиа красивыми фотографиями и громкими заголовками. «Спирит» после 6 лет работы застрял в песке. «Оппортьюнити» ездит по Марсу уже на протяжении 11 лет. Его солнечные батареи заметает песок, но последнему марсоходу третьего поколения «Кьюриосити» это не страшно: его передвижение возможно благодаря радиоизотопному термоэлектрическому генератору (РИТЭГ).
Внутрь РИТЭГа помещается топливо, которым может быть радиоактивный изотоп с подходящим периодом полураспада и другими параметрами, например, типом излучения. В процессе распада выделяется тепло, которое используется термоэлектрогенератором в цилиндрической оболочке контейнера с топливом.
С годами мощность РИТЭГа будет ослабевать, поэтому делать его нужно с запасом. В какой-то момент выделяемая энергия упадёт ниже допустимых уровней — у этой технологии тоже есть свои пределы работы. Но всё равно это лучшее решение для запитывания автономных космических аппаратов.
РИТЭГ, в отличие от атомных реакторов, не требует управляющих стержней, паровой турбины, конденсатора и электрогенератора. Принципы работы РИТЭГов и атомных реакторов несколько отличаются: используется не цепная реакция, а естественный распад.
Если бы на «Филы» стоял РИТЭГ, то он мог бы проработать куда дольше, чем те 60 часов, на которые хватило заряда химических аккумуляторных батарей. Но этим дело не ограничивается.
Желаемая точка посадки должна была хорошо освещаться. Приходилось выбирать не точку, в которой была лучшая связь с Землёй, не лучший геологический участок поверхности, не самую плоскую часть кометы. Солнечный свет во многом добавлял ситуации компромиссности. Если бы на «Филы» стоял РИТЭГ, то место посадки можно было бы выбрать и получше.
Не стоит думать, что от аппарата не ожидали продолжительной работы: на Земле хотели посмотреть, как комета при приближении к Солнцу начинает терять массу за счёт выброса пыли и испарения льда и газов. Теперь от «Филы» мы вряд ли узнаем, какие породы лежат под поверхностью, какова структура льда. За 60 часов работы были собраны доступные данные и отправлены домой, но зонд был способен на большее.
Что же помешало использовать РИТЭГ в конструкции?
Да, «Филы» прибавил бы в весе, но не так уж и много. Килограмм плутония-238 выделяет примерно 500 ватт энергии, большая часть которой так и останется теплом, и имеет период полураспада в 87,7 лет, что значит, что его мощность упадёт как минимум вдвое. Работающий на основе этого изотопа РИТЭГ SNAP-9A, который начали использовать в освоении космоса ещё в шестидесятых, вырабатывает 25 ватт электроэнергии и имеет массу 12.3 килограммов. Наверняка сейчас есть куда более изящные и лёгкие решения. Для сравнения: масса «Филы» — примерно 100 кг, ему требуется сравнимый уровень электрической энергии.
Добавление РИТЭГа могло увеличить общую стоимость миссии, но она уже составляла миллиарды, а полезность спускаемого аппарата возросла бы в разы. За 10 лет полёта «Розетты» к комете мощность упала бы незначительно. Уже несколько раз «покидавший» солнечную систему «Вояджер-1» тоже имеет РИТЭГ. Его запустили в 1977 году, и тогда всё работало на полную мощность — 470 ватт. В 2001 году она упала до 315. Частичное функционирование продлится до 2025 года.
Плутоний-238 не является материалом для производства атомного оружия. При распаде он даёт альфа-излучение, которое не требует никакой особой защиты — его остановит корпус. Поэтому РИТЭГи с этим изотопом использовали в программе Аполлон при высадках на поверхность Луны.
Серый цилиндр с пассивным радиатором — это РИТЭГ SNAP-27 миссии «Апполон-14»
К сожалению, плутония-238 в мире не так много: после окончания холодной войны его больше никто не производит. Сейчас США могут начать производить по полтора килограмма в год на нужды НАСА. С 1993 года российская сторона полностью обеспечивала космическую программу США, было продано 16,5 килограммов плутония-238. Но запасы убывают и самостоятельно ввиду полураспада. По оценкам, начать повторное производство США обойдётся в 75—90 млн долларов, и для этого может потребоваться 5 лет. В приведённом выше для прикидки РИТЭГе SNAP-9A был примерно килограмм этого ценного материала. Если мы хотим осваивать космос, то нам однозначно потребуется много этого вещества, такова официальная позиция НАСА.
Кроме того, Европейское космическое агенство вряд ли смогло бы использовать подобные материалы и технологии в своей космической программе. Но, наверное, это в большей степени организационные вопросы, и сотрудничество с НАСА или российскими компаниями могло бы решить проблему.
Множество утечек плутония-238 связано с неудачами запуска и эксплуатации космических аппаратов. «Улисс» с РИТЭГом на борту был запущен без происшествий, но было проведено исследование, результат которого гласил, что если бы даже на стартовом столе произошёл взрыв и выброс 11 килограммов плутония-238, то риск возрастания рака среди населения был бы ничтожно мал. В документе буквально говорится, что с вероятностью 0.0004% могло быть не больше 3 смертей. Плутоний-238 хранится в виде диоксида, а он не растворяется в воде.
Но общественность помнит катастрофу Чернобыльской АЭС и Фукусиму. Насколько реально опасна ядерная энергетика, обыватель не знает, поэтому во многом причины лежат не в технических ограничениях, а в политике. Именно из-за политики и денег «Филы» проработал 60 часов, а не годы.
По материалам en.wikipedia.org, обсуждения на «Гиктаймсе», Starts with a bang! и Quora.