ناسا به پروژه موسسه فناوری روچستر برای توسعه منبع انرژی هسته ای ده برابر کوچکتر از منابعی که در حال حاضر برای ماموریت های سیاره ای استفاده می شود چراغ سبز نشان داده است.
اکثر ماهواره‌هایی که امروزه در حال کار هستند، از پنل‌های خورشیدی تغذیه می‌کنند که نور خورشید را با جذب فوتون‌ها و ایجاد عدم تعادل بالقوه در مواد سلول‌های پانل که جریان الکتریکی را تولید می‌کنند، به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. این پانل ها کار خود را به خوبی انجام می دهند، اما در فضای عمیق فراتر از مدار مریخ، یا در شرایط سخت مانند طوفان های گرد و غبار مریخ یا شب های طولانی در ماه، نور خورشید به سادگی نمی تواند انرژی لازم را تولید کند.
به عنوان یک جایگزین، بسیاری از فضاپیماها ژنراتورهای حرارتی ایزوتوپ رادیویی چند مأموریتی (MMRTGs) را روی هواپیما حمل می کنند که از گرادیان دما برای تولید برق استفاده می کنند. به عبارت دیگر، رادیوایزوتوپ گرما تولید می کند و ترموکوپل ها آن را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می کنند. این اصل برای مهندسان آشنا است و به طور گسترده در زمین برای چیزهایی مانند رادیوها و کوره های نفت سفید استفاده می شود که می توانند دستگاه های تلفن همراه را نیز شارژ کنند.
مشکل MMRTG ها این است که نسبتا حجیم هستند. به عنوان مثال، جفت مورد استفاده در مریخ نورد Perseverance ناسا دارای قطر 64 سانتی متر، طول 66 سانتی متر و وزن 45 کیلوگرم است. هر یک از آنها حاوی 4,8 کیلوگرم دی اکسید پلوتونیوم به عنوان سوخت است که گرما را به ترموکوپل های حالت جامد در هنگام فروپاشی عناصر رادیواکتیو تامین می کند.
در نتیجه، این MMRTG ها برای فضاپیماهای بسیار بزرگ طراحی شده اند و Perseverance به اندازه یک SUV است. این به این دلیل است که سیستم مورد استفاده فقط دارای توان ویژه بسیار زیادی است، که معیاری است برای تولید چند وات توان در هر واحد دستگاه. یک خودروی خانوادگی قدرت مشخصی بین 50 تا 100 وات بر کیلوگرم دارد، در حالی که یک جت جنگنده حدود 10 وات بر کیلوگرم دارد. در مقابل، MMRTG دارای نسبتی در حدود 000 وات بر کیلوگرم است.
با در نظر گرفتن ترمودینامیک اندازه، وزن و توان (SWaP) یک دستگاه ممکن، پروژه ناسا امیدوار است که این نسبت را با یک کاهش قابل توجه در حجم به 3 وات بر کیلوگرم کاهش دهد.
این امر با استفاده از یک اصل جدید به دست می آید که اساساً یک پنل خورشیدی است که برعکس عمل می کند. هنگامی که یک پنل خورشیدی نور را جذب می کند، مقداری از آن به الکتریسیته و بیشتر آن به گرما تبدیل می شود. منبع انرژی رادیوایزوتوپ جدید بر اساس اصل عنصر حرارتی کار می کند، جایی که گرما به شکل نور مادون قرمز به صفحه ای با عناصر ساخته شده از ایندیم، آرسنیک، آنتینومی و فسفر در ترکیبات مختلف برخورد می کند. این یک اختلاف پتانسیل با قطبیت مخالف آنچه در سلول های خورشیدی رخ می دهد ایجاد می کند.
به طور خلاصه، یک عنصر حرارتی از گرما الکتریسیته تولید می کند و انرژی مصرف شده را به شکل فوتون های مادون قرمز آزاد می کند. این نه تنها در جهت معکوس پنل خورشیدی کار می کند، بلکه بسیار کارآمدتر است. نتیجه یک ژنراتور جدید تشعشع حرارتی (TRG) است.
اگر بتوان این فناوری جدید را عملی کرد، به این معنی است که مأموریت‌های آینده به مشتری و فراتر از آن، یا به دهانه‌های سایه‌دار دائمی مناطق قطبی ماه، می‌توانند از فضاپیمای اندازه CubeSat با ژنراتورهای کوچک استفاده کنند تا همه چیز را برای آنها فراهم کند. قدرتی که آنها نیاز دارند
همچنین جالب: