4.7.23 Системы питания
Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ)

Источники питания для космических исследований

Первый спутник питался от аккумулятора и по этой прияине жил недолго. Мы знаем, что сегодня практически все спутники Земли для питания своей электроники используют солнечные батареи. Для околоземных исследований это оптимально. Но при посылке аппаратов на периферию солнечной системы и, тем более за ее пределы, такой вариант совершенно не приемлем (Солнце далеко, а время полета велико).

Для дальних экспедиций применимы ядерные реакторы или ядерные батареи (см. “Nuclear fission technologies for space exploration, Anthony M. Calomino; Kurt Polzin; Venkateswara Rao Dasari; Lindsey Holmes, Physics Today 78 (5), 24–30 (2025)); реакторы применимы и для создания тяги ракетного двигателя, чтобы сократить время в пути. При решении подобных задач нужны также достаточно мощные компьютеры, которые также потребляют много энергии. Некоторое количество энергии расходуется на ориентацию солнечных батарей и передающих антенн. Для геостационарных ретрансляторов нужен также запас ракетного топлива для поддержания стабильности орбиты. Именно запас этого топлива определяет время жизни этих спутников.

Энергетика дальних космических полетов остается пока нерешенной проблемой.

Источники на земле

Традиционно наземные систмы получают энергию от сжигания горючего (дрова, газ и т.д.). Здесь последнее время большое внимание уделятся зеленым методам, минимизирующим выбросы в атмосферу. Это, например, ветровая энергия, но ветер не стабилен. Геотермальная энергия с этой точки зрения много лучше, но она не везде доступна. На берегах морей, где возможно, примняются приливные станции или используется разность темерпаатур воды у поверхности и на глубине.

На земле также существуют проблемы с источниками питания. Это аккумуляторы дронов и питание скутров. Как правило сегодня они делаются на основ лития. Современные суперсомпьютеры потрбляют электриччства, как небольшой город. По этой причине для их питания также рассматриваются ядерные энергетичские установки (см. "Pentagon’s microreactor program faces safety and nonproliferation concerns", David Kramer, 22 August 2023). Первый такой реактор с мощностью 1-5 МВт планируется изготовить в Национальной лаборатории Айдахо в 2025 году.

Ядерные источники не являются чем-то новым. Их применение обсуждалось еще в 50-х годах прошлого века. На рис. 1 показана схема источника питания космичского аппарата. Рисунок взят из ссылки, приведенной в начале этого текста.

Рис.1. Система питания космического аппарата