Miniatúrne jadrové generátory by mohli poháňať satelity CubeSat
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 18. 1. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
NASA dala zelenú projektu Rochesterského technologického inštitútu na vývoj jadrového zdroja energie, ktorý je o desatinu menší ako tie, ktoré sa v súčasnosti používajú pri planetárnych misiách.
Väčšina satelitov, ktoré sú v súčasnosti v prevádzke, je napájaná solárnymi panelmi, ktoré premieňajú slnečné svetlo na elektrinu tým, že absorbujú fotóny a vytvárajú potenciálnu nerovnováhu v materiáloch panelových článkov, čím generujú elektrický prúd. Tieto panely plnia svoju úlohu veľmi dobre, ale v hlbokom vesmíre za obežnou dráhou Marsu alebo v drsných podmienkach, ako sú marťanské prachové búrky alebo dlhé noci na Mesiaci, slnečné svetlo jednoducho nedokáže vyrobiť potrebnú energiu.
Alternatívou je, že mnohé vesmírne lode v hlbokom vesmíre majú na palube rádioizotopové tepelné generátory (MMRTG), ktoré na výrobu elektrickej energie využívajú teplotný gradient. Inými slovami, rádioizotop produkuje teplo a termočlánky toto teplo premieňajú priamo na elektrinu. Je to princíp, ktorý je inžinierom známy a na Zemi sa bežne používa na také veci, ako sú rádia poháňané petrolejom a táborové variče, ktoré môžu nabíjať aj mobilné zariadenia.
Problémom technológie MMRTG je, že generátory sú pomerne objemné. Napríklad dvojica použitých na marsovskom roveri NASA Perseverance má priemer 64 cm, dĺžku 66 cm a hmotnosť 45 kg. Každý z nich obsahuje 4,8 kg zátok z oxidu plutónia ako paliva, ktoré dodáva teplo termočlánkom v pevnom stave pri rozpade rádioaktívnych prvkov.
V dôsledku toho sú tieto MMRTG vyhradené pre veľmi veľké kozmické lode, pričom Perseverance je veľký ako SUV. Dôvodom je, že použitý systém má len toľko hmotnostného špecifického výkonu, čo je miera toho, koľko wattov výkonu možno vyrobiť na jednotku zariadenia. Rodinné auto má hmotnostný špecifický výkon 50 až 100 W/kg, zatiaľ čo stíhacie lietadlo má približne 10 000 W/kg. Naproti tomu MMRTG má pomer približne 30 W/kg.
Projekt NASA dúfa, že pri skúmaní termodynamiky veľkosti, hmotnosti a výkonu možného RTG sa tento pomer zníži o rád na iba 3 W/kg, pričom objem sa zníži rovnako výrazne.
Dosiahne to pomocou nového princípu, ktorý je v podstate solárnym panelom pracujúcim v opačnom smere. Keď solárny panel absorbuje svetlo, časť z neho sa premení na elektrinu a väčšina na teplo. Nový rádioizotopový zdroj energie funguje na princípe termorádiového článku, kde teplo vo forme infračerveného svetla dopadá na panel s prvkami vyrobenými z india, arzénu, antinómu a fosforu v rôznych kombináciách. Vzniká tak rozdiel potenciálov s opačnou polaritou ako v solárnych článkoch.
V skratke, termorádiový článok vyrába elektrickú energiu z tepla a odpadovú energiu odvádza vo forme infračervených fotónov. Funguje to nielen opačne ako solárny panel, ale aj s oveľa vyššou účinnosťou. Výsledkom je nový TermoRadiatívny Generátor (TRG).
Ak sa táto nová technológia stane praktickou, bude to znamenať, že budúce misie k Jupiteru a ďalej alebo misie k večne zatieneným kráterom v polárnych oblastiach Mesiaca budú môcť využívať vesmírne sondy veľkosti satelitov CubeSat s malými generátormi, ktoré im dodajú všetku potrebnú energiu. To znamená, že napríklad koncepčnú misiu Flagship Uranus by mohla sprevádzať malá flotila CubeSatov, ktoré by mohli pomôcť pri prieskume tým, že by poskytli viac pozorovacích bodov alebo fungovali ako komunikačné relé s atmosférickými sondami.
