ناسا در اقدامی که میتواند شاهد نسل جدیدی از تاسواره ها (CubeSats) در اعماق فضا باشد، پروژهای کم حجم را برای توسعه یک منبع انرژی هستهای برای مأموریتهای سیارهای آینده راه اندازی کرده است.
به گزارش تکناک، اکثر ماهوارههایی که امروزه در خدمت هستند، انرژی خود را از پنلهای خورشیدی تامین میکنند که نور خورشید را با جذب فوتونها به الکتریسیته تبدیل میکنند تا یک عامل بالقوه برای عدم تعادل در مواد سلولهای پانل برای تولید جریان الکتریکی ایجاد کنند.
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 مورد نیاز را تامین کند.
به عنوان یک جایگزین، بسیاری از سفینهها در اعماق فضا، ژنراتورهای حرارتی رادیوایزوتوپ چند مأموریتی (MMRTG) را حمل میکنند که از گرادیان دما برای تولید برق استفاده میکنند. به عبارت دیگر، رادیوایزوتوپ گرما تولید میکند و ترموکوپل ها گرما را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می کنند. این اصولی است که برای مهندسان آشناست و به طور گسترده در زمین برای چیزهایی مانند رادیوهای نفتی و اجاقهای کمپ که میتوانند دستگاههای تلفن همراه را نیز شارژ کنند، استفاده میشود.
مشکل MMRTG ها این است که نسبتاً حجیم هستند. به عنوان مثال، جفت مورد استفاده در مریخ نورد Perseverance ناسا، هر کدام 25 اینچ (64 سانتی متر) قطر، 26 اینچ (66 سانتی متر) طول و 99 پوند (45 کیلوگرم) وزن دارند. هر کدام از آنها حاوی 10.6 پوند (4.8 کیلوگرم) شمع دی اکسید پلوتونیوم برای سوخت برای تامین گرما به ترموکوپل های حالت جامد در حین واپاشی عناصر رادیواکتیو هستند.
در نتیجه، این MMRTG ها برای فضاپیماهای بسیار بزرگ در نظر گرفته شده اند، و برای Perseverance به اندازه یک SUV است. این به این دلیل است که سیستم مورد استفاده دارای جرم ویژه با توان بالایی است. این فاکتور نشان دهنده معیاری است که نشان می دهد چند وات توان در هر واحد یک دستگاه تولید می شود. یک خودروی خانوادگی دارای توان جرم ویژه 50 تا 100 وات بر کیلوگرم است، در حالی که یک هواپیمای جنگنده حدود 10000 وات بر کیلوگرم توان دارد.در مقابل، یک MMRTG نسبتی در حدود 30 وات بر کیلوگرم دارد.
با نگاهی به ترمودینامیک اندازه، وزن و توان یک RTG احتمالی، پروژه ناسا امیدوار است که این نسبت را با یک دهم در حجم کاهش انجام دهد.
این کار با استفاده از یک اصل جدید انجام می شود که اساساً یک پنل خورشیدی به صورت معکوس کار می کند. هنگامی که یک پنل خورشیدی نور را جذب می کند، بخشی از آن به برق و بیشتر آن به گرما تبدیل می شود. منبع انرژی رادیوایزوتوپ جدید بر اساس ایده سلول 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 معکوس نسبت به آنچه در سلول های خورشیدی یافت می شود، ایجاد می کند.
به طور خلاصه، سلول حرارتی از گرما الکتریسیته تولید می کند و انرژی زائد را به شکل فوتون های مادون قرمز تخلیه می کند.
این روش نه تنها به صورت معکوس کار می کند، بلکه راندمان بالاتری نیز دارد. نتیجه یک ژنراتور جدید ThermoRadiative (TRG) است.
اگر بتوان این فناوری جدید را عملی کرد، به این معنی است که ماموریتهای آینده به مشتری و فراتر از آن، یا به دهانههای همیشه تاریک مناطق قطبی ماه، میتوانند از فضاپیماهایی به اندازه تاسواره ها (CubeSats) با ژنراتورهای کوچک استفاده کنند که تمام نیروی مورد نیاز را به آنها میدهد. این بدان معناست که برای مثال، مأموریت پرچمدار اورانوس میتواند با ناوگان کوچکی از CubeSats همراه باشد تا با ارائه ویژگی های بهتر یا عمل به عنوان رلههای ارتباطی با کاوشگرهای جوی به اکتشاف کمک کند.
