Сердце «Путешественника»: чем «заправлен» аппарат, покинувший Солнечную систему

Лучший способ вскипятить чайник — подключить его к сети. Но если бы мы захотели сделать это в глубоком космосе, используя энергию легендарных «Вояджеров», нам потребовалось бы около пяти таких аппаратов. Их энерговооруженность — всего 470 ватт при старте, что в 4,5 раза меньше мощности обычного бытового прибора. Однако эти зонды, запущенные 48 лет назад, продолжают полет, удаляясь от Земли со скоростью до 16 километров в секунду. Они давно исчерпали лимит плановой эксплуатации, но до сих пор остаются главными разведчиками человечества на границе Солнечной системы.

Ядерное сердце вместо солнечных парусов

В отличие от ранних аппаратов серии «Пионер», которые черпали энергию от Солнца и быстро деградировали, «Вояджеры» используют принципиально иной источник. Солнечные батареи бесполезны вдали от светила: до орбиты Нептуна доходит в 900 раз меньше солнечной энергии, чем до Земли. Поэтому конструкторы оснастили зонды тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (РИТЭГами). Топливом служит плутоний-238. При его естественном распаде выделяется тепло, которое через термопару преобразуется в электричество. В основе лежит эффект Зеебека: разница температур между горячим источником и холодным космосом заставляет электроны двигаться по проводникам. В системе нет движущихся частей, что обеспечивает феноменальную надежность, но КПД такого преобразования остается низким.

Цена автономности: экономия каждого ватта

Период полураспада плутония-238 составляет 87,74 года. Ежегодно мощность генераторов падает на 0,78%. К этому добавляется медленное разрушение самих термопар. Чтобы продлить миссию, инженеры НАСА вынуждены последовательно отключать научные приборы. Если оставить на борту только радиопередатчик, запаса энергии хватит максимум на десять лет. Сейчас «Вояджер-1» находится в 24 миллиардах километров от Земли, а «Вояджер-2» — в 21 миллиарде. Аппараты не имеют маршевых двигателей: разгон получен от ракеты-носителя и серии гравитационных маневров у планет-гигантов. Небольшие гидразиновые двигатели используются лишь для ориентации. Единственный инструмент, который действительно движет зонды вперед, — это инерция. Примерно через 300 лет «Вояджер-1» достигнет Облака Оорта — сферического роя кометных ядер на окраине Солнечной системы. Но связь с Землей будет потеряна задолго до этого момента. Ни один из аппаратов не сможет рассказать ученым, что находится на краю гравитационного влияния нашего светила. Ранее, в 2012 году, «Вояджер-1» стал первым рукотворным объектом, вышедшим в межзвездное пространство. Это произошло на расстоянии 18,1 миллиарда километров от Солнца. Тот факт, что аппараты, созданные по технологиям середины 1970-х, до сих пор передают данные, — не просто инженерный триумф. Это иллюстрация фундаментального принципа: чем проще конструкция, тем она долговечнее. Пока космические агентства проектируют сложные марсианские лаборатории, старые «путешественники» молча доказывают, что для исследования Вселенной иногда достаточно ядерной батарейки и правильного вектора.