La NASA ha dato il via libera a un progetto del Rochester Institute of Technology per sviluppare una fonte di energia nucleare dieci volte più piccola di quelle attualmente utilizzate per le missioni planetarie.
La maggior parte dei satelliti oggi in funzione sono alimentati da pannelli solari che convertono la luce solare in elettricità assorbendo fotoni e creando un potenziale squilibrio nei materiali delle celle del pannello che generano la corrente elettrica. Questi pannelli svolgono molto bene il loro lavoro, ma nello spazio profondo oltre l'orbita di Marte, o in condizioni difficili come le tempeste di polvere marziane o le lunghe notti sulla Luna, la luce solare semplicemente non può produrre l'energia necessaria.
In alternativa, molti veicoli spaziali portano a bordo generatori termici a radioisotopi multi-missione (MMRTG), che utilizzano un gradiente di temperatura per generare elettricità. In altre parole, il radioisotopo produce calore e le termocoppie lo convertono direttamente in elettricità. Questo principio è familiare agli ingegneri ed è ampiamente utilizzato sulla Terra per cose come radio alimentate a cherosene e fornaci che possono anche caricare dispositivi mobili.
Il problema con gli MMRTG è che sono relativamente ingombranti. Ad esempio, la coppia utilizzata sul rover Perseverance della NASA ha un diametro di 64 cm, una lunghezza di 66 cm e un peso di 45 kg. Ciascuno di essi contiene 4,8 kg di biossido di plutonio come combustibile, che fornisce calore alle termocoppie allo stato solido durante il decadimento degli elementi radioattivi.
Di conseguenza, questi MMRTG sono progettati per veicoli spaziali molto grandi e Perseverance ha le dimensioni di un SUV. Questo perché il sistema utilizzato ha solo una potenza specifica, che è una misura di quanti watt di potenza possono essere prodotti per unità di macchina. Un'auto familiare ha una potenza specifica da 50 a 100 W/kg, mentre un jet da combattimento ha circa 10 W/kg. Al contrario, MMRTG ha un rapporto di circa 000 W/kg.
Considerando la termodinamica di dimensioni, peso e potenza (SWaP) di un possibile dispositivo, il progetto della NASA spera di ridurre questo rapporto di un ordine di grandezza a 3 W/kg, con una riduzione altrettanto significativa del volume.
Ciò si ottiene utilizzando un nuovo principio, che è essenzialmente un pannello solare che funziona al contrario. Quando un pannello solare assorbe la luce, parte di essa viene convertita in elettricità e la maggior parte viene convertita in calore. La nuova fonte di energia a radioisotopi funziona secondo il principio di un elemento termoradiante, dove il calore sotto forma di luce infrarossa colpisce un pannello con elementi costituiti da indio, arsenico, antinomia e fosforo in varie combinazioni. Questo crea una differenza di potenziale con la polarità opposta a quella che si verifica nelle celle solari.
In breve, un elemento termoradiante genera elettricità dal calore e rilascia l'energia spesa sotto forma di fotoni infrarossi. Non solo funziona nella direzione inversa del pannello solare, ma è anche molto più efficiente. Il risultato è un nuovo generatore di radiazione termica (TRG).
Se questa nuova tecnologia potrà essere messa in pratica, significherà che le future missioni su Giove e oltre, o sui crateri permanentemente in ombra delle regioni polari della Luna, potranno utilizzare veicoli spaziali delle dimensioni di CubeSat con piccoli generatori per fornire loro tutte le il potere di cui hanno bisogno.
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