NASA дало зелене світло проєкту Рочестерського технологічного інституту з розробки ядерного джерела енергії, яке вдесятеро менше за ті, що зараз використовуються для планетарних місій.
Більшість супутників, що експлуатуються сьогодні, живляться від сонячних панелей, які перетворюють сонячне світло на електрику, поглинаючи фотони і створюючи потенційний дисбаланс у матеріалах комірок панелі, що генерує електричний струм. Ці панелі дуже добре виконують свою роботу, але в глибокому космосі за орбітою Марса або в суворих умовах, таких як марсіанські пилові бурі чи довгі ночі на Місяці, сонячне світло просто не може виробляти необхідну енергію.
Як альтернатива, багато космічних апаратів мають на борту багатомісійні радіоізотопні теплові генератори (MMRTG), які використовують температурний градієнт для вироблення електроенергії. Іншими словами, радіоізотоп виробляє тепло, а термопари перетворюють його безпосередньо на електрику. Цей принцип добре знайомий інженерам і широко використовується на Землі для таких речей, як радіоприймачі, що працюють на гасі, та похідні печі, які також можуть заряджати мобільні пристрої.
Проблема MMRTG полягає в тому, що вони відносно громіздкі. Наприклад, пара, що використовується на марсоході NASA Perseverance, має діаметр 64 см, довжину 66 см і важить 45 кг. Кожен з них містить 4,8 кг діоксиду плутонію в якості палива, що постачає тепло до твердотільних термопар під час розпаду радіоактивних елементів.
Як наслідок, ці MMRTG призначені для дуже великих космічних апаратів, а Perseverance розміром з позашляховик. Це тому, що система, яка використовується, має лише таку питому потужність, яка є мірою того, скільки ват потужності можна виробити на одиницю машини. Сімейний автомобіль має питому потужність від 50 до 100 Вт/кг, в той час, як винищувач – близько 10 000 Вт/кг. На відміну від цього, MMRTG має співвідношення близько 30 Вт/кг.
Розглядаючи термодинаміку розміру, ваги і потужності (SWaP) можливого пристрою, проєкт NASA сподівається зменшити це співвідношення на порядок – до 3 Вт/кг, при не менш значному зменшенні об’єму.
Це досягається шляхом використання нового принципу, який по суті є сонячною панеллю, що працює у зворотному напрямку. Коли сонячна панель поглинає світло, частина його перетворюється на електрику, а більша частина – на тепло. Нове радіоізотопне джерело живлення працює за принципом терморадіаційного елемента, де тепло у вигляді інфрачервоного світла потрапляє на панель з елементами, виготовленими з індію, миш’яку, антиномії та фосфору в різних комбінаціях. Це створює різницю потенціалів зі зворотною полярністю від тієї, що виникає в сонячних батареях.
Коротко кажучи, терморадіаційний елемент генерує електроенергію з тепла і скидає відпрацьовану енергію у вигляді інфрачервоних фотонів. Це працює не тільки у зворотному напрямку від сонячної панелі, але й з набагато більшою ефективністю. Результатом є новий терморадіаційний генератор (TRG).
Якщо цю нову технологію вдасться реалізувати на практиці, це означатиме, що майбутні місії до Юпітера і далі, або до вічно затінених кратерів полярних регіонів Місяця, зможуть використовувати космічні апарати розміром з CubeSat з невеликими генераторами, які забезпечать їх усією необхідною енергією.
Теж цікаво: