Южнокорейские ученые создали инновационную технологию для космических аппаратов

РИТЭГи (радиоизотопные термоэлектрические генераторы) уже долгое время служат надежными источниками энергии в различных космических аппаратах, в том числе – для космических зондов и марсоходов. Используя радиоактивные изотопы, такие как плутоний-238 и америций-241, РИТЭГи выделяют значительное количество тепла, обычно в диапазоне 400-700 градусов Цельсия. Новшество, введенное инженерами из Южной Кореи, заключается в возможности прямого преобразования этой тепловой энергии в электрическую, что особенно ценно в суровых условиях космоса.

Технологию РИТЭГов определяют два основных компонента: радиоизотопный тепловой блок, который использует радиоактивные изотопы для нагрева, и модуль термоэлектрического генератора энергии, ответственный за преобразование этого тепла в электрическую энергию. 

В типичном РИТЭГе используются термоэлектрические модули, которые отличаются расположением слоев термоэлектрических материалов. Каждый слой оптимизирован для достижения максимальной эффективности в определенных температурных диапазонах, переходя от горячей стороны к холодной. Такая многоступенчатая конструкция имеет первостепенное значение из-за разницы в эффективности термоэлектрических материалов при различных температурах. Исследования KERI позволили эффективно спроектировать, синтезировать и проанализировать такой многоступенчатый термоэлектрический модуль.

Южнокорейские ученые сначала тщательно изучили ограничения безразмерного термоэлектрического показателя полезности – общепринятого показателя для оценки термоэлектрических характеристик. Вооружившись недавно разработанной моделью эффективности и обширным набором термоэлектрических данных, исследователи смогли точно предсказать производительность более 100 миллионов конфигураций термоэлектрических полупроводниковых стеков. Процесс проектирования и анализа был ускорен в несколько сотен раз благодаря использованию программы проектирования термоэлектрических устройств под названием pykeri.

Изготовленные новые многоступенчатые модули продемонстрировали повышенную эффективность, которая превышает традиционные одноступенчатые модули более чем на 3% при температурах выше 500 градусов Цельсия. Эти модули могут состоять из двух-четырех слоев, располагаясь на минимальной высоте всего в несколько миллиметров, что делает их более эффективными и компактными по сравнению со старой версией.

Разработку корейских ученых можно будет применить в области вспомогательной космической энергетики, особенно для малых спутников и исследовательских марсоходов. Специалисты KERI также видят потенциал для своей разработки за пределами аэрокосмической и оборонной отраслей – например, для охлаждения коммуникационного оборудования или регулирования температуры аккумуляторных батарей электромобилей.