أعطت وكالة ناسا الضوء الأخضر لمشروع معهد روتشستر للتكنولوجيا لتطوير مصدر طاقة نووية أصغر بعشر مرات من تلك المستخدمة حاليًا في مهمات الكواكب.
يتم تشغيل معظم الأقمار الصناعية العاملة اليوم بواسطة الألواح الشمسية التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء عن طريق امتصاص الفوتونات وإحداث اختلال محتمل في مواد خلايا اللوحة التي تولد التيار الكهربائي. تؤدي هذه الألواح وظيفتها بشكل جيد للغاية ، ولكن في الفضاء السحيق خارج مدار المريخ ، أو في الظروف القاسية مثل العواصف الترابية المريخية أو الليالي الطويلة على القمر ، لا يستطيع ضوء الشمس ببساطة إنتاج الطاقة اللازمة.
كبديل ، تحمل العديد من المركبات الفضائية مولدات حرارية للنظائر المشعة متعددة المهام (MMRTGs) على متنها ، والتي تستخدم تدرجًا لدرجة الحرارة لتوليد الكهرباء. بعبارة أخرى ، ينتج النظائر المشعة حرارة ، وتقوم المزدوجات الحرارية بتحويلها مباشرة إلى كهرباء. هذا المبدأ مألوف لدى المهندسين ويستخدم على نطاق واسع على الأرض لأشياء مثل أجهزة الراديو التي تعمل بالكيروسين والأفران التي يمكنها أيضًا شحن الأجهزة المحمولة.
تكمن مشكلة MMRTG في أنها ضخمة نسبيًا. على سبيل المثال ، يبلغ قطر الزوج المستخدم في مسبار وكالة ناسا 64 سم وطول 66 سم ووزنه 45 كجم. يحتوي كل منها على 4,8 كجم من ثاني أكسيد البلوتونيوم كوقود ، والذي يوفر الحرارة للمزدوجات الحرارية الصلبة أثناء تحلل العناصر المشعة.
نتيجة لذلك ، تم تصميم MMRTGs لمركبات فضائية كبيرة جدًا ، والمثابرة هي بحجم سيارة الدفع الرباعي. هذا لأن النظام المستخدم لا يمتلك إلا قدرًا كبيرًا من الطاقة المحددة ، وهو مقياس لعدد واط من الطاقة التي يمكن إنتاجها لكل وحدة من وحدات الماكينة. تتمتع السيارة العائلية بقوة معينة تتراوح من 50 إلى 100 واط / كجم ، بينما تبلغ طاقة النفاثة المقاتلة حوالي 10 واط / كجم. في المقابل ، تبلغ نسبة MMRTG حوالي 000 واط / كجم.
من خلال النظر في الديناميكا الحرارية للحجم والوزن والقوة (SWaP) لجهاز محتمل ، يأمل مشروع ناسا في تقليل هذه النسبة بترتيب من حيث الحجم إلى 3 واط / كجم ، مع انخفاض كبير بنفس القدر في الحجم.
يتم تحقيق ذلك باستخدام مبدأ جديد ، وهو في الأساس لوحة شمسية تعمل في الاتجاه المعاكس. عندما تمتص الألواح الشمسية الضوء ، يتحول جزء منه إلى كهرباء ويتحول معظمه إلى حرارة. يعمل مصدر طاقة النظائر المشعة الجديد على مبدأ عنصر الإشعاع الحراري ، حيث تضرب الحرارة على شكل ضوء الأشعة تحت الحمراء لوحة بها عناصر مصنوعة من الإنديوم والزرنيخ والتضاد والفوسفور في مجموعات مختلفة. هذا يخلق فرقًا محتملًا مع القطبية المعاكسة لتلك التي تحدث في الخلايا الشمسية.
باختصار ، يولد العنصر الإشعاعي الحراري الكهرباء من الحرارة ويطلق الطاقة المستهلكة في شكل فوتونات الأشعة تحت الحمراء. لا يعمل هذا فقط في الاتجاه العكسي للوحة الشمسية ، ولكنه أيضًا أكثر كفاءة. والنتيجة هي مولد إشعاع حراري جديد (TRG).
إذا أمكن وضع هذه التقنية الجديدة موضع التنفيذ ، فهذا يعني أن البعثات المستقبلية إلى المشتري وما بعده ، أو إلى الفوهات المظللة بشكل دائم في المناطق القطبية للقمر ، ستكون قادرة على استخدام مركبة فضائية بحجم CubeSat مع مولدات صغيرة لتزويدهم بكل شيء. القوة التي يحتاجونها.
مثير للاهتمام أيضًا: