Когда НАСА перестанет летать в дальний космос?
Планетологическое подразделение НАСА работало над усовершенствованием радиоизотопного генератора Стирлинга с 2001 года. Были достигнуты многообещающие результаты: прототипы весом в 1,3 кг показывали отличный КПД, но вдруг...
...Впрочем, не совсем «вдруг». О том, что НАСА придётся закрыть уйму программ, стало ясно ещё несколько лет назад, когда ведомство стало отказываться от участия в международных проектах изучения дальнего космоса (прежде до такой потери лица, как односторонний выход из согласованной программы, дело доходило очень редко). Но бюджетный кризис в США продолжается, и на сей раз его жертвой пал усовершенствованный «стирлинг», памяти которого мы и посвящаем эту заметку.
Одна из «таблеток» плутония-238, что поддерживают Curiosity на ходу. В своё время оснащение марсохода таким энергоисточником считалось достижением: генератор дал аппарату вчетверо больше энергии, чем фотоэлементы — его предшественникам. (Здесь и ниже илл. NASA, Idaho National Laboratory.)
Писать было бы не о чем, если бы мир не находился в ситуации жесточайшего дефицита по плутонию-238 — искусственно получаемому изотопу, который некогда был побочным продуктом создания ядерных боеголовок. Однако после 1992 года и в России, и в США такое производство остановилось, и единственным реальным источником остались запасы изотопа (поздний СССР производил больше боеголовок, чем США, отсюда и излишки). В том же 1992-м США предусмотрительно купили у России 30 кг плутония-238 — по цене $200 тыс. за килограмм, и именно на нём запускаются аппараты, работающие далее пояса астероидов, — все эти New Horizons и пр.
Что тут скажешь... С одной стороны, мы, конечно, не первые: индейцы продали Манхэттен даже дешевле; с другой — у нас после распада СССР этот плутоний в космос всё равно не полетел, так что лучше неравноправная торговля, чем отсутствие исследований вообще. Но этот волшебный источник несколько лет назад иссяк — как раз в год отправки Curiosity, питающегося от российского плутония. За новые партии мы запросили по $6 млн за килограмм, чего НАСА позволить себе не могло.
В итоге аэрокосмическое ведомство запустило программу возобновления производства плутония. И два года подряд получало на неё деньги — а на третий ему отказали. Последствия печальны: плутония мало, а будет ещё меньше. И даже если деньги всё-таки дадут, производить на них получится только 1,5 кг в год, чего хватит лишь на одну заастероидную миссию в пятилетку. Да что там заастероидную: Curiosity питался почти от 5 кг этого топлива, то есть даже марсоход на таких скоростях наработки посылать можно не чаще раза в 3,5 года. Более серьезные миссии, такие как посылка аппарата для исследования Европы, ранее планировавшаяся НАСА, потребуют до 25 кг, а где они?
Но это только часть правды: по некоторым данным, кроме космического использования, часть этого изотопа до какого-то момента (а может, и сейчас) шла на сугубо секретные цели, о которых — молчок. Поэтому ограничимся письменным намеком: глубоководные разведывательные миссии.
Есть способ резко повысить отдачу от этого вида топлива, используя тепло от распада плутония-238 более эффективно. Сегодня радиоизотопные генераторы НАСА имеют КПД в 6% — как у паровоза средней паршивости. А вот разрабатывавшийся усовершенствованный «стирлинг», пригодный для космических условий и весящий всего 1,3 кг, показывал 38% КПД: с его внедрением НАСА могло бы и на 1,5 кг в год запускать по одному роверу ежегодно, или, меряя в более дальних зондах, по одной АМС за пояс астероидов раз в три года. Стратегически это проблему не решит: если НАСА действительно хочет изучать космос дальше орбиты Марса (а больше, увы, делать это некому), то и с двигателями Стирлинга плутоний будет периодически иссякать, тормозя все дальние программы разом.
Но вот без «стирлинга» — а его финансирование теперь закрыли так же, как и наработку плутония-238, — у дальних автоматических зондов шансов нет вообще. Исследовать космос скоро будет не на чем, и последней миссией, которой хватит истощающихся запасов купленного у России плутония, станет следующий марсоход, запланированный к смене Curiosity в районе 2020 года. И всё.
Любопытно, что шаг по свёртыванию программы эффективного использования сверхдефицитного плутония-238 совпал по времени с самым резким в истории США падением уровня его запасов и решением конгресса об отказе в финансировании его дальнейшего производства. Замечательная синхронность...
Нет, нельзя сказать, что плутоний-238 — эдакое копье Вотана, и альтернатив этому чудо-источнику энергии в дальнем космосе совсем нет. Наиболее реалистичным считается проект ядерного реактора весом 1,5 кг, использующего обычный уран и извлекающего из него энергию при помощи восьми микродвигателей Стирлинга, конструктивно сходных с той моделью, которую НАСА недавно закончило разрабатывать для плутония. Одна беда: доводка этого проекта явно будет не дешевле, чем у плутониевого «стирлинга», а денег нет и на него. Уран, как ни крути, — высокорадиоактивное вещество, и при падении выводящей зонд ракеты он может оказаться в атмосфере. С плутонием-238 угроза для здоровья серьёзно корректируется: человек способен пережить даже внутривенную инъекцию этого вещества.
Скорее всего, урановый «стирлинг» будет дорабатываться более осторожно, а появится он ко времени, когда плутоний-238 уже давно закончится, парализовав все усилия по исследованию объектов дальше Марса.