Америций: элемент, который может изменить то, как человечество покоряет космос

(Дэн Три) - Почти полвека назад два космических корабля «Вояджер» покинули Землю с миссией исследования нетронутых границ Солнечной системы.

Даже сегодня, находясь на краю межзвездного пространства, они все еще посылают слабые, но ценные сигналы, несмотря на то, что их солнечные панели давно вышли из строя, а все их подсистемы одна за другой отключились.

Это удивительное выживание стало возможным не благодаря магии или научной фантастике, а благодаря объекту размером с мусорный бак: радиоизотопному термоэлектрическому генератору (РИТЭГ), который использует энергию распада плутония-238.

Благодаря простому механизму, отсутствию движущихся частей, отсутствию поломок со временем, но при этом достаточному для поддержания работы в течение десятилетий, эта мощность вывела Voyager в историю и создала золотой стандарт космической энергетики на десятилетия.

Однако плутоний-238 — ресурс не безграничный. НАСА сейчас практически полностью зависит от этого ограниченного производства, в то время как спрос на него для миссий в дальний космос растёт.

Это вызвало острую необходимость в новом топливе, которое могло бы заменить или, по крайней мере, дополнить плутоний.

Решения долгосрочной энергетической проблемы межзвездных миссий

А название, которое в последнее время набирает большую популярность, — америций, синтетический элемент, который незаметно появляется в тех самых датчиках дыма, которые многие семьи используют каждый день.

Элемент, известный только своей ролью в обеспечении безопасности людей при использовании бытовых дымовых извещателей, теперь имеет шанс стать ключом к величайшей амбиции человечества (Фото: Эндрю Мэгилл).

Америций-241, впервые созданный в 1944 году в рамках Манхэттенского проекта, — это изотоп с периодом полураспада 432 года. Это в пять раз больше, чем у плутония-238, что делает его идеальным кандидатом для миссий, длящихся не десятилетия, а столетия и более.

В частности, америций-241 не обязательно производить с нуля. Он естественным образом образуется в ядерных отходах при распаде плутония-241. Это означает, что среди тонн ядерных отходов, хранящихся в Великобритании и многих других странах, есть долгосрочный источник энергии для космической отрасли, ожидающий своего часа.

Европа прокладывает путь к космической энергетической автономии с помощью РИТЭГ на основе америция

В более широком смысле, америций обладает рядом стратегических преимуществ. Европа долгое время полагалась на плутоний из США и России, что серьёзно ограничивало её планы по исследованию дальнего космоса.

Благодаря америцию континент мог бы стать полностью энергетически самодостаточным, построить независимую цепочку поставок и снизить геополитические риски. В течение последнего десятилетия Университет Лестера совместно с Европейским космическим агентством (ESA) и Британским космическим агентством непрерывно испытывали америциевые РИТЭГи (радиоизотопные термоэлектрические генераторы), стремясь впервые отправить этот элемент в космос в ближайшие годы.

Конечно, америций не идеален: америций-241 производит всего лишь около одной пятой тепла от плутония-238, а это значит, что РИТЭГи должны быть больше и тяжелее, чтобы вырабатывать такое же количество энергии.

Это серьезная проблема в аэрокосмическом проектировании, где каждый килограмм определяет стоимость и эксплуатационные характеристики.

Однако америций демонстрирует свое превосходство при использовании в маломощных, сверхдолговременных миссиях, таких как межзвездные зонды, геологические обсерватории на ледяных спутниках или устройства, которые, как ожидается, будут дрейфовать в космосе сотни лет без вмешательства человека.

Когда будущие космические корабли покинут Землю и отправятся в бесконечную тьму, вполне вероятно, что америций поможет им продолжать посылать признаки жизни, даже после того, как поколения, запустившие их, исчезнут с лица земли (Фото: Livescience).

Еще один перспективный подход заключается в объединении америция с технологией двигателя Стирлинга, который может преобразовывать тепло в электричество с эффективностью до 25 процентов, что значительно выше 5 процентов традиционных термоэлектрических систем.

В случае успеха, РИТЭГи Стирлинга на основе америция смогут вырабатывать достаточно энергии без значительного увеличения расхода топлива. Хотя двигатели Стирлинга имеют движущиеся части и вызывают опасения по поводу их надёжности, проектирование системы с несколькими преобразователями для резервирования открывает перспективы решения этой проблемы.

Испытания все еще продолжаются, и предварительные результаты считаются положительными.

Ключ к многовековым миссиям

В сравнении с плутонием эти два вида топлива представляют собой две разные философии. Плутоний мощный, компактный и обеспечивает высокую энергию, что делает его подходящим для высокоэнергетических миссий. В то же время америций прочен и обладает исключительной долговечностью, что делает его подходящим для миссий, где время имеет решающее значение.

Нетрудно представить себе будущее, в котором оба изотопа будут существовать бок о бок, служа разным целям, но вместе ведя человечество к новым горизонтам.

Сейчас NASA предложило смелую миссию под названием Interstellar Probe, цель которой — удалиться от Земли на расстояние в 150 миллиардов километров, преодолев все когда-либо достигнутые человечеством границы.

Для того, чтобы зонды могли работать веками и продолжать передавать данные на Землю, америций — практически единственный подходящий материал, отвечающий требованиям долговечности. В более широком контексте америций может использоваться не только в космических исследованиях , но и для глубоководных исследований, изучения полярного климата или обеспечения стабильной электроэнергией удалённых районов.

Космический аппарат «Вояджер-1» (Фото: NASA).

Несмотря на трудности оптимизации мощности и конструкции, очевидно, что америций становится символом новой эры. Эта эра определяется не взрывной мощью, которой когда-то обладал плутоний, а прочностью, стабильностью и способностью сохранять работоспособность в течение длительного времени.

В холодной и необъятной Вселенной, где все технологии имеют свои пределы, именно фактор прочности по-настоящему определяет выживаемость космического корабля.

Будущее освоения космоса, возможно, будет определяться не размером ракет, а тем, какое ядерное топливо тихо излучает тепло внутри кораблей, бороздящих межзвездное пространство.

Америций, обладающий мягкой, но вечной силой, готов взять на себя эту роль.

Источник: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/americium-nguyen-to-co-the-thay-doi-cach-loai-nguoi-chinh-phuc-khong-giant-20251125154617659.htm