Алан Стерн - За новыми горизонтами. Первый полет к Плутону

В 1960-е гг. NASA совместно с министерством энергетики и министерством обороны довело до совершенства, проверило и использовало в полетах множество плутониевых источников питания как раз для этой цели. Эти устройства называются радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (сокращенно — РИТЭГ). РИТЭГ имеет цилиндрическую форму и по размеру примерно такой же, как металлическая бочка для нефтепродуктов; поскольку плутоний выделяет очень много тепла, РИТЭГ снабжен охлаждающими ребрами. Генератор выполняет две очень важные задачи: во-первых, служит источником энергии для космического аппарата, а, во-вторых, должен сохранить внутри весь запас плутония на случай, если во время старта произойдет авария.

В РИТЭГ плутоний используется в виде маленьких таблеток, изготовленных из диоксида плутония. Эти таблетки, в свою очередь, заключены в прочный корпус из иридия, покрытый оболочкой из графита.

Генератор получает тепло при радиоактивном распаде плутония, и это тепло превращается в ценную электроэнергию с помощью простых, не имеющих каких-либо движущихся деталей приспособлений под названием «термопары». У термопары две стороны: одна из них горячая и находится внутри РИТЭГ, а другая, внешняя, соприкасается с космосом и охлаждается. Температурная разница между ними создает электрический ток, питающий космический аппарат. РИТЭГ «Новых горизонтов» выделяет примерно 5 кВт тепла, и на момент старта аппарата производил из этого тепла примерно 250 Вт электричества.

РИТЭГ чрезвычайно надежен и может использоваться в течение многих десятилетий. Процесс производства электричества в нем протекает равномерно, хотя постепенно мощность агрегата снижается. Это сокращение мощности связано со временем радиоактивного полураспада плутония. Для «Новых горизонтов» электрическая мощность РИТЭГ на момент старта, как уже было сказано, составляла 250 Вт, и за десять лет пути до Плутона она снизилась примерно до 200 Вт.

В 2001 г., когда NASA объявило конкурс проектов экспедиций для исследования Плутона, агентству принадлежали два резервных РИТЭГ, оставшихся от подготовки АМС «Галилео», отправившейся к Юпитеру, и АМС «Кассини», отправившейся к Сатурну. NASA предложило обеспечить победителя конкурса на полет к Плутону одним из этих двух РИТЭГ.

После того как был выбран один из этих запасных РИТЭГ для «Новых горизонтов», его должны были демонтировать и полностью проверить (в конце концов, генератор провел на складе целых десять лет), а потом собрать обратно. Подрядчиком в восстановлении РИТЭГ была компания Lockheed Martin. Затем Национальная лаборатория министерства энергетики в Лос-Аламосе подготовила плутониевые таблетки в качестве топлива для генератора.

Одновременно с этой процедурой предпринимались тщательно проработанные шаги, через которые проходят все экспедиции, где используются РИТЭГ, для того чтобы снизить вероятность какого-либо происшествия во время пуска. Эти шаги включали подготовку заявления о комплексном экологическом воздействии на окружающую среду, где перечислялись все риски и показывалось, что они сведены к минимуму. Напряженный процесс получения одобрения на старт затрагивал 42 государственных и федеральных агентства, вплоть до Госдепартамента и Белого дома.

Этой сложной процедурой руководил Глен Фонтейн. Глен:

Мы занимались этим, зная, что у нас нет семи или восьми лет, которые обычно требуются на получение одобрения. У нас имелось всего четыре года, и это была трудная задача.

Использование РИТЭГ решало проблему того, как обеспечить аппарат электроэнергией так далеко от Солнца, но также ставило сложные инженерные задачи для конструкторов «Новых горизонтов».

Например, РИТЭГ достаточно тяжел, он имеет массу более 55 кг. Поэтому во время пуска устройство, фиксирующее его, должно было выдержать его вес, умноженный на перегрузку во время работы ракетных ступеней, которая достигала 14 g, то есть вес становится в 14 раз больше, чем в нормальном состоянии, на поверхности Земли. Таким образом, узлу предстояло выдержать нагрузку, в 14 раз превышающую обычный вес РИТЭГ. Эта трудная задача становилась еще сложнее из-за тепла, выделяемого генератором и ослабляющего металл опорной фермы. Поэтому инженеры из команды «Новых горизонтов» должны были разработать ферму достаточно прочной, чтобы выдержать вес РИТЭГ при 14-кратном ускорении даже в том случае, если металл будет горячим.

Второй непростой задачей, которую РИТЭГ поставил перед конструкторами космического аппарата, было то, что радиация, выделяемая плутонием, плохо влияет на электронику АМС. Поэтому все системы на борту «Новых горизонтов» должны были быть разработаны и проверены так, чтобы выдерживать эту радиацию, как это делалось в предыдущих экспедициях, где использовали РИТЭГ, таких как «Вояджер», «Галилео» и «Кассини». Это, в свою очередь, прибавляло сложности к разработке космического аппарата, а также увеличивало его стоимость, но выбора не было: без РИТЭГ не было никакой возможности обеспечить АМС электричеством, когда она будет находиться так далеко от Солнца.

Как научный руководитель Алан отвечал за весь проект «Новые горизонты». Все команды ученых и инженеров, а также другие сотрудники из отдела по связям с общественностью и менеджеры проекта отчитывались перед ним.

Ключевой пост второго плана занимал научный сотрудник программы, должность которого предполагала сочетание экспертной квалификации и способности к дипломатии. Такая позиция существовала в каждой научной экспедиции NASA, а в более крупных проектах, таких как «Новые горизонты», были и заместители научного сотрудника. Эти ученые несли ответственность перед научным руководителем за переговоры, а также должны были представлять интересы научного руководителя и научной команды в казавшемся бесконечным потоке каждодневных встреч, которые были необходимы для организации сложного космического полета.

Должность научного сотрудника в проекте «Новые горизонты» занимал чрезвычайно талантливый, вежливый и дипломатичный ученый-планетолог Хол Уивер. Его выбрали, потому что он был очень известен в научных кругах и хорошо разбирался в профессиональной терминологии всех узких специалистов, которые занимались наукой «Новых горизонтов»: от геологии до химии поверхностных явлений, от науки об атмосфере до физики плазмы. Также отчасти выбор пал на Хола и потому, что он был опытным экспериментатором, разбирающимся в конструкции и эксплуатации многих научных приборов на «Новых горизонтах».

Изначально Хол не принадлежал к «Плутоновому андеграунду» — он занимался в основном изучением комет. Но его давно приводил в восторг пояс Койпера как район Солнечной системы, из которого ведут свое происхождение некоторые кометы. Уивер знал Стерна еще с 1980-х гг., и у них уже был опыт совместных исследований. Хол так описывал свою работу как научного сотрудника программы: