Термоэлектрический преобразователь Стирлинга без крышки.
Предоставлено: Китайское пилотируемое космическое агентство.

Китайское национальное космическое агентство (CNSA) добилось значительного прогресса в последние годы в разработке своей ракеты «Чанчжэн-5» (CZ-5) и завершении строительства космической станции «Тяньгун-3». Агентство также привлекло внимание, когда в июне 2021 года объявило о планах создания Международной лунной исследовательской станции (ILRS), которая могла бы конкурировать с программой Artemis. Вдобавок ко всему этому, Китай повысил ставки, объявив позже в том же месяце, что у него также есть планы отправить пилотируемые миссии на Марс к 2033 году одновременно с планами НАСА.

В рамках своих растущих усилий, направленных на то, чтобы стать крупной державой в космосе, включая исследования человека, Китай недавно объявил о завершении первого орбитального испытания термоэлектрического преобразователя Стирлинга. Экипаж миссии Shenzou-15 провел испытание на борту Tiangong-3, и это была первая успешная проверка технологии в космосе. Эта технология также исследуется НАСА и считается технологическим решением проблем освоения космоса, особенно когда речь идет о длительном пребывании и полетах в дальний космос.

Подобно тому, как плотины гидроэлектростанций вырабатывают энергию, установка Стирлинга преобразует тепло в электрическую энергию с помощью ряда магнитов с поршневым приводом. Эти поршни полагаются на источник топлива для выработки тепла, толкая магниты вперед и назад через катушку провода, генерируя электрический ток. Этот процесс известен как цикл Стирлинга, который более эффективен, чем системы на солнечных батареях и обычные батареи. По сравнению с другими системами питания , он также имеет малый вес, простую конструкцию, быстрый цикл запуска, производит незначительные вибрации и низкий уровень шума.

Все это делает технологию привлекательной для инженеров космических кораблей и планировщиков миссий, которые видят в ней более устойчивое средство для обеспечения энергией космических кораблей и наземных обитателей. С одной стороны, это может уменьшить их зависимость от солнечной энергии , которая ограничена эффективностью солнечных элементов и не всегда доступна в определенных условиях. Вокруг Южного полюса Луны и бассейна Эйткен, где несколько агентств планируют построить исследовательские станции до конца десятилетия (включая китайскую ILRS), лунная ночь длится четырнадцать дней.

Преобразователь энергии Стирлинга был разработан Ланьчжоуским институтом физики Китайской академии космических технологий (CAST). Он был доставлен на борт космической станции экипажем Shenzou-15 и установлен в шкафу с оборудованием в лабораторном модуле Mengtian. Как сообщила Китайская глобальная телевизионная сеть (CGTN), перед тестовым запуском в лабораторном модуле было проведено три орбитальных эксперимента. Преобразователь обеспечивал стабильное электропитание, как сообщается, достигнув уровня эффективности термоэлектрического преобразования, который достиг «передового международного уровня при том же изотермическом соотношении».

В сочетании с ядерным реактором в качестве источника энергии двигатели Sterling могут обеспечить длительное пребывание на Луне и Марсе, увеличивая солнечную энергию, батареи, топливные элементы и другие традиционные источники энергии. НАСА в настоящее время исследует эту технологию в рамках своего эксперимента Kilopower Reactor Using Sterling Technology (KRUSTY), который развился из предыдущих усилий по разработке приложений ядерной энергетики для исследования космоса. НАСА и DARPA недавно объявили о партнерстве для испытаний прототипа ядерной тепловой двигательной установки в космосе (запланировано на 2027 год).

Представление художника о четырех генераторах KRUSTY, обеспечивающих электроэнергией аванпост на поверхности Марса.
Предоставлено: НАСА/STMD.

Вскоре после этого Космическое агентство Великобритании (UKSA) объявило о заключении контракта с Rolls-Royce на разработку ядерных систем для исследования космоса, которые могли бы питать будущую лунную базу. Эти и другие попытки реализовать силовые и двигательные установки следующего поколения являются частью растущих усилий по осуществлению следующего большого скачка в освоении космоса. Они также отражают неоспоримую истину о современной космической эре: это международное дело, характеризующееся конкуренцией и сотрудничеством.