شرکت آمریکایی City Labs موفق شد BOHR، اولین ماهواره تجاری جهان مجهز به یک محموله هستهای را با موفقیت به مدار زمین ارسال کند.
به گزارش سرویس هوافضای تکناک، این ماهواره با نام کامل Betavoltaic Orbital High-Reliability و به اختصار BOHR CubeSat، با موشک فالکون ۹ شرکت اسپیسایکس و در قالب مأموریت اشتراکی Transporter-17 به فضا پرتاب شد. هدف اصلی این مأموریت، آزمایش یک سیستم جدید تولید برق مبتنی بر تریتیوم است که میتواند آینده تأمین انرژی ماهوارههای کوچک را متحول کند و وابستگی آنها را به نور خورشید و باتریهای متداول کاهش دهد.
این مأموریت از آن جهت اهمیت ویژهای دارد که برای نخستین بار یک سامانه هستهای تجاری با مجوزهای رسمی در مدار زمین قرار گرفته است. برخلاف سامانههای هستهای قدیمی که از اورانیوم یا پلوتونیوم برای تولید انرژی استفاده میکردند، فناوری جدید City Labs بر پایه واپاشی طبیعی تریتیوم توسعه یافته است و از نظر ساختار، ایمنی و نحوه تولید برق تفاوتهای اساسی با فناوریهای گذشته دارد. این دستاورد میتواند آغازگر نسل جدیدی از منابع انرژی فضایی باشد که برای مأموریتهای طولانیمدت و ماهوارههای کممصرف طراحی شدهاند.
انرژی هستهای در صنعت فضایی موضوع تازهای نیست. از اوایل دهه ۱۹۶۰ میلادی، ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی از راکتورها و مولدهای رادیوایزوتوپی برای تأمین برق برخی ماهوارههای نظامی، هواشناسی و مأموریتهای تحقیقاتی استفاده میکردند. در آن زمان، محدودیت فناوری پنلهای خورشیدی باعث شده بود بسیاری از مأموریتها برای تأمین برق مورد نیاز خود به منابع هستهای وابسته باشند. با پیشرفت فناوری سلولهای خورشیدی، افزایش راندمان آنها و کاهش مصرف انرژی تجهیزات الکترونیکی، استفاده از سامانههای هستهای در مدار زمین به تدریج کاهش یافت و این فناوری بیشتر در مأموریتهای اعماق منظومه شمسی مانند وویجر، کاسینی و نیوهورایزنز به کار گرفته شد.
اکنون شرایط بار دیگر در حال تغییر است. توسعه ماهوارههای کوچک، افزایش تعداد منظومههای ماهوارهای و نیاز به عملکرد دائمی بدون وابستگی به نور خورشید باعث شده است شرکتها و نهادهای فضایی دوباره به فناوریهای هستهای علاقهمند شوند. مأموریت BOHR نیز در همین راستا تعریف شده است تا علاوه بر نمایش عملکرد فناوری اختصاصی City Labs، مسیر قانونی استفاده از سامانههای هستهای تجاری در مأموریتهای فضایی آینده را هموار کند. این پروژه در واقع به عنوان یک نمونه آزمایشی عمل میکند تا عملکرد، ایمنی و قابلیت اطمینان این فناوری در شرایط واقعی مدار زمین ارزیابی شود.
ماهواره BOHR از یک سامانه اختصاصی با نام NanoTritium Betavoltaic بهره میبرد. این سامانه برخلاف مولدهای رادیوایزوتوپی رایج، برق را از گرمای حاصل از مواد رادیواکتیو تولید نمیکند، بلکه انرژی الکتریکی را به صورت مستقیم از واپاشی طبیعی تریتیوم به دست میآورد. تریتیوم که یکی از ایزوتوپهای رادیواکتیو هیدروژن است، هنگام واپاشی ذرات بتا آزاد میکند. این ذرات به یک اتصال نیمهرسانای p-n برخورد میکنند و با ایجاد جفتهای الکترون و حفره، جریان الکتریکی تولید میشود. به همین دلیل این سامانه هیچ قطعه مکانیکی متحرکی ندارد و بدون نیاز به احتراق یا واکنش شکافت هستهای قادر به تولید برق است.
اگرچه میزان توان تولیدی این فناوری در مقایسه با سامانههای بزرگ فضایی چندان زیاد نیست، اما برای تغذیه حسگرها، تجهیزات اندازهگیری، سامانههای مخابراتی کممصرف و بسیاری از ابزارهای علمی کاملاً کافی خواهد بود. مهمترین مزیت این فناوری، تولید برق مداوم بدون وابستگی به نور خورشید است. در نتیجه، ماهواره میتواند حتی هنگام عبور از سایه زمین یا در مأموریتهایی که دسترسی محدودی به نور دارند، بدون وقفه به فعالیت خود ادامه دهد.
یکی دیگر از ویژگیهای مهم این سامانه، عمر عملیاتی بسیار طولانی آن است. تریتیوم دارای نیمهعمری حدود ۱۲.۳ سال است و همین ویژگی باعث میشود سامانه NanoTritium بتواند بیش از ۲۰ سال به صورت پیوسته برق تولید کند. این موضوع نیاز به تعویض یا شارژ مداوم باتریها را از بین میبرد و میتواند هزینههای عملیاتی ماهوارهها را کاهش دهد. همچنین حذف محدودیتهای مربوط به چرخه شارژ و تخلیه باتری، قابلیت اطمینان مأموریتهای فضایی بلندمدت را افزایش خواهد داد.
ایمنی این فناوری نیز یکی از مهمترین دلایل توسعه آن محسوب میشود. در گذشته نگرانیهای زیادی درباره استفاده از راکتورهای هستهای در ماهوارهها وجود داشت. مشهورترین نمونه این نگرانی به حادثه سال ۱۹۷۸ بازمیگردد؛ زمانی که ماهواره Kosmos 954 شوروی پس از نقص در سامانه ایمنی خود، به صورت کنترلنشده وارد جو زمین شد و بقایای رادیواکتیو آن در بخشهایی از کانادا پراکنده شد. آن حادثه باعث اجرای عملیات گسترده پاکسازی، تنشهای دیپلماتیک و پرداخت غرامت از سوی اتحاد جماهیر شوروی شد و تا سالها بر نگاه عمومی نسبت به استفاده از انرژی هستهای در فضا تأثیر گذاشت.
با وجود این، فناوری BOHR تفاوت بنیادینی با آن سامانههای قدیمی دارد. این ماهواره مجهز به محموله هستهای کمتر از ۶ کیلوگرم وزن دارد و از هیچ راکتور شکافت هستهای استفاده نمیکند. ذرات بتای حاصل از واپاشی تریتیوم توان عبور از پوست انسان را ندارند و خطر پرتودهی مستقیم بسیار ناچیز است. علاوه بر این، تریتیوم به صورت فویل جامد هیدرید فلزی درون سامانه نگهداری میشود؛ روشی که احتمال نشت گاز، انفجار یا انتشار مواد رادیواکتیو را به حداقل میرساند و سطح ایمنی آن را نسبت به فناوریهای نسل گذشته به شکل قابل توجهی افزایش میدهد.
سامانه تولید برق هستهای تنها وظیفه تأمین انرژی محموله آزمایشی را بر عهده دارد و خود ماهواره همچنان از سلولهای خورشیدی برای تأمین برق سامانههای اصلی و عملیات عادی استفاده میکند. به این ترتیب، مهندسان میتوانند عملکرد فناوری بتاولتائیک را به صورت مستقل از سایر تجهیزات ماهواره ارزیابی کنند و دادههای دقیقی از میزان پایداری، بازده و دوام آن در محیط فضایی به دست آورند.
ماهواره BOHR به عنوان یکی از محمولههای اشتراکی مأموریت Transporter-17 با موشک فالکون ۹ اسپیسایکس به مدار پایین زمین ارسال شد. شرکت City Labs اعلام کرده است که این ماهواره مجهز به محموله هستهای با موفقیت در مدار قرار گرفته و اکنون مراحل راهاندازی اولیه و فعالسازی سامانههای خود را پشت سر میگذارد. در هفتهها و ماههای آینده، عملکرد سامانه NanoTritium به طور مداوم تحت نظارت قرار خواهد گرفت تا میزان تولید برق، پایداری ولتاژ و رفتار آن در شرایط واقعی مدار زمین بررسی شود.
مدیرعامل City Labs این مأموریت را نقطه عطفی در توسعه سامانههای انرژی هستهای تجاری برای فضا توصیف کرده و معتقد است که این فناوری میتواند امکان فعالیت دائمی محمولههای فضایی را بدون محدودیتهای ناشی از نور خورشید یا ظرفیت باتری فراهم کند. در صورت موفقیت کامل این آزمایش، فناوری NanoTritium میتواند در نسل آینده ماهوارههای کوچک، تجهیزات علمی، سامانههای ارتباطی، حسگرهای پایش محیطی و مأموریتهای فضایی بلندمدت به کار گرفته شود و فصل تازهای را در توسعه منابع انرژی پایدار برای صنعت فضایی رقم بزند.
