В цепочке Ядерный распад - тепловая энергия -механическая энергия - электрическая энергия возможно обойтись без этапа механической энергии. Это так называемое прямое преобразование. В этой области есть несколько направлений: использование термоэлектрического эффекта, магнито-гидродинамический способ генерации электроэнергии, термоэмиссионное преобразование. Все эти способы отличает малый к.п.д. - не более 10%-12%. В Советском Союзе проводились работы по всем трем направлениям. Я более всего знаком с последним из перечисленных направлений. Так вот Советский Союз на 10 лет опережал США и был близок к созданию ядерного реактора с термоэмиссионным преобразованием мегаватного класса. Может кто помнит скандал с реактором, демонстрируемым Россией в США в 1996 г., который янкесы не хотели нам отдавать обратно? Так вот, это, как раз и был такой реактор. То есть пока проблема в малом к.п.д. Но для космоса (особенно для полетов на Марс) крайне необходим такой реактор и Россия, как никакая другая страна, близка к этому.
Подробно об этом написано в статье википеди: Радиоизотопные источники энергии