В космической технике источник энергии зачастую не менее важен, чем двигатель или полезная нагрузка: аппарат можно вывести на орбиту или отправить в дальний космос, но без стабильного питания его миссия быстро завершится. Именно поэтому внимание привлекла программа DARPA «Rads to Watts», цель которой — вывести ядерные батареи на новый уровень. Ее идея заключается в прямом преобразовании энергии ядерного излучения в электричество, без классического теплового цикла.
В DARPA прямо отмечают, что конечная цель программы — создать ядерные системы, способные работать с мощными источниками излучения и в перспективе обеспечивать уже киловаттный уровень электрической мощности. Такие источники питания особенно интересны для сред, где нет возможности регулярно обслуживать технику, заменять батареи или полагаться на солнечные панели, в частности для космических аппаратов и удаленных подводных платформ. Главная техническая проблема сегодня — деградация материалов и полупроводниковых элементов под воздействием радиации, из-за чего снижаются эффективность и долговечность устройства.
Параллельно с этим аналогичные решения уже продвигаются от лабораторной стадии к практическому внедрению. Например, австралийский проект GenX (3D-печатная батарея, не требующая зарядки), разрабатываемый компаниями entX и Adelaide University, сочетает в себе аддитивное производство, современные методы осаждения полупроводников и создание высокоэффективных электрических переходов. Разработчики заявляют, что такая архитектура обеспечивает очень высокую удельную мощность в компактном формате и может использоваться для длительных космических и оборонных миссий. Если эти подходы удастся масштабировать, ядерные микроисточники питания могут стать важной опорой для техники, работающей годами без дозаправки, ремонта и доступа к солнцу.
Как это работает? Внутри такой батареи находится радиоактивный источник, который постоянно излучает частицы. Эти частицы попадают в специальный полупроводниковый слой и выбивают в нем заряженные носители, а электрический переход направляет их в полезный ток. То есть батарея не сгорает как топливо в двигателе и не требует подзарядки от розетки — она медленно, но очень долго вырабатывает электроэнергию сама. DARPA хочет сделать такие системы значительно мощнее и устойчивее к повреждению радиацией, а промышленные разработчики вроде entX работают над тонкими многослойными структурами и эффективными электрическими переходами для повышения выхода энергии.
Почему это важно? Для космоса такая технология особенно ценна там, где солнечные панели малоэффективны или уязвимы: в дальних миссиях, в регионах с высоким уровнем радиации, во время длительных затмений, на лунной поверхности или в автономных научных платформах. В перспективе такие ядерные батареи могут обеспечивать годы непрерывной работы датчиков, роверов, спутников и приборов наблюдения без сервисных миссий, что прямо соответствует потребностям космических исследований и автоматизированной астрономии. Это частично подтверждается тем, что DARPA рассматривает такие системы именно для новых энергетически необеспеченных сред, а entX прямо упоминает спутники, роверы, а также космические и лунные миссии.
