NASA har gett grönt ljus till ett Rochester Institute of Technology-projekt för att utveckla en kärnenergikälla som är tio gånger mindre än de som för närvarande används för planetariska uppdrag.
De flesta satelliter som är i drift idag drivs av solpaneler som omvandlar solljus till elektricitet genom att absorbera fotoner och skapa en potentiell obalans i materialen i panelcellerna som genererar den elektriska strömmen. Dessa paneler gör sitt jobb mycket bra, men i djupa rymden bortom Mars omloppsbana, eller under svåra förhållanden som dammstormar på mars eller de långa nätterna på månen, kan solljus helt enkelt inte producera den nödvändiga energin.
Som ett alternativ har många rymdfarkoster multi-mission radioisotope termal generators (MMRTGs) ombord, som använder en temperaturgradient för att generera elektricitet. Med andra ord producerar radioisotopen värme, och termoelementen omvandlar den direkt till elektricitet. Denna princip är bekant för ingenjörer och används ofta på jorden för saker som fotogendrivna radioapparater och ugnar som även kan ladda mobila enheter.
Problemet med MMRTG är att de är relativt skrymmande. Till exempel har paret som används på NASA:s Perseverance-rover en diameter på 64 cm, en längd på 66 cm och en vikt på 45 kg. Var och en av dem innehåller 4,8 kg plutoniumdioxid som bränsle, som tillför värme till fasta termoelement under sönderfallet av radioaktiva grundämnen.
Som ett resultat är dessa MMRTGs designade för mycket stora rymdfarkoster, och Perseverance är storleken på en SUV. Detta beror på att systemet som används har bara så mycket specifik effekt, vilket är ett mått på hur många watt effekt som kan produceras per enhet maskin. En familjebil har en specifik effekt på 50 till 100 W/kg, medan ett stridsflygplan har cirka 10 000 W/kg. Däremot har MMRTG ett förhållande på cirka 30 W/kg.
Genom att överväga termodynamiken för storlek, vikt och effekt (SWaP) för en möjlig enhet, hoppas NASA-projektet kunna minska detta förhållande med en storleksordning till 3 W/kg, med en lika betydande minskning av volymen.
Detta uppnås genom att använda en ny princip, som i huvudsak är en solpanel som fungerar omvänt. När en solpanel absorberar ljus omvandlas en del av det till elektricitet och det mesta omvandlas till värme. Den nya radioisotopkraftkällan fungerar enligt principen om ett termoradioaktivt element, där värme i form av infrarött ljus träffar en panel med element gjorda av indium, arsenik, antinomi och fosfor i olika kombinationer. Detta skapar en potentialskillnad med motsatt polaritet mot den som sker i solceller.
Kort sagt, ett värmestrålande element genererar elektricitet från värme och frigör den förbrukade energin i form av infraröda fotoner. Detta fungerar inte bara i omvänd riktning av solpanelen, utan det är också mycket mer effektivt. Resultatet är en ny termisk strålningsgenerator (TRG).
Om denna nya teknik kan omsättas i praktiken kommer det att innebära att framtida uppdrag till Jupiter och bortom, eller till de permanent skuggade kratrarna i månens polarområden, kommer att kunna använda rymdfarkoster i CubeSat-storlek med små generatorer för att förse dem med allt kraften de behöver.
Också intressant: