Generator termoelectric cu radioizotop multi-misiune

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
MMRTG folosit pentru misiunea Mars Science Laboratory , înainte de a fi montat pe Curiosity

Generatorul termoelectric multi-misiune radioizotop ( MMRTG ) este un tip de generator termoelectric radioizotop , dezvoltat de NASA și Jet Propulsion Laboratory , în colaborare cu Departamentul de Energie al SUA . A fost dezvoltat pentru a alimenta misiunile spațiale americane de nouă generație în spațiul profund . [1]

Prezentare generală

Un generator termoelectric radioizotop (RTG) este în esență o „baterie nucleară” care transformă căldura în electricitate . NASA și Departamentul de Energie (DOE) au dezvoltat o nouă generație de sisteme de alimentare care pot fi utilizate într-o varietate de misiuni. [2] [3] Generatorul termoelectric de radioizotopi cu mai multe misiuni (MMRTG), a fost conceput pentru a funcționa în mod specific pe Marte și în vidul spațiului . Are un design modular flexibil capabil să satisfacă nevoile unei mari varietăți de misiuni, deoarece generează energie electrică cu mai puțină putere decât generațiile anterioare de RTG-uri, cu aproximativ 110 W la lansare. [4] Obiectivele proiectului includ niveluri de putere optimizate pentru o durată de viață minimă de 14 ani și asigurarea unui grad ridicat de siguranță. Primul RTG din spațiu datează din 1961 și de atunci 46 dintre ei au zburat la bordul a 27 de misiuni spațiale. [5] Această sursă de energie electrică a permis NASA să exploreze sistemul solar timp de aproximativ 4 decenii, continuând până în prezent, inclusiv misiunile Apollo pe Lună [6] , Vikingul [7] și misiunile Curiosity [8] pe Marte și Pionieri [9] , Voyagers [10] , Ulise [11] , Galileo [12] , Cassini [13] și New Horizons [14] , îndreptate spre sistemul solar exterior . Pioneer 10 RTG-uri au funcționat impecabil timp de 3 decenii până când semnalul navei spațiale a devenit atât de slab încât nu a mai putut fi detectat din 2003 . [15] Spectaculoasele Voyager 1 și 2 , care funcționează cu RTG-uri de la lansarea în 1977 , continuă să funcționeze, Voyager 1 fiind prima navă spațială creată de om care a ajuns vreodată în spațiul interstelar . [16] În timp ce RTG-urile nu au fost niciodată cauza unei probleme a navelor spațiale , au fost la bordul a trei misiuni care au eșuat din alte motive. În toate aceste cazuri, RTG-urile au funcționat perfect așa cum era de așteptat. [17] [18] [19]

Structura și funcționarea unui MMRTG

RTG-urile funcționează prin conversia căldurii de la dezintegrarea radioizotopului în electricitate . RTG-urile constau din două elemente majore: o sursă de căldură, care conține 238 Pu , și termocupluri în stare solidă , care transformă căldura datorită descompunerii unui „combustibil” (în acest caz plutoniu) în electricitate. Conversia căldurii direct în electricitate este un principiu științific descoperit în urmă cu 150 de ani de către omul de știință german Johann Seebeck . De fapt, el a observat că dacă două materiale conductoare diferite au fost unite într-un circuit închis și dacă s-au aplicat temperaturi diferite la joncțiunile lor, s-a creat o diferență de potențial . [20] Aceste perechi de joncțiuni au fost numite perechi termoelectrice (sau termocupluri sau TE).

Interiorul unui MMRTG

MMRTG este conceput pentru a utiliza o sursă de căldură formată din 8 module pentru surse de căldură cu scop general (GPHS). GHPS sunt blocul de siguranță de bază în sistemele de alimentare cu radioizotopi. Sunt mari ca o monedă de 1 bănuț , aproximativ 2,54 x 3,30 cm , cu o masă de 39,69 g fiecare. [21] Fiecare GHPS constă dintr - un PUO 2 peleți , roșu - oranj din cauza căldurii produse de ei dezintegrare alfa , încapsulat într - un iridiu de acoperire, care este ea însăși conținută într - un grafit ecran. În cele din urmă, ansamblul este încorporat într-un scut din fibră de carbon . Un aeroshell conține 2 dintre aceste soluții și este asociat cu alte 7 aeroshells pentru a forma unitatea de combustibil necesară pentru a genera tensiunea. [22]

Structura unui GHPS în MMRTG

Un MMRTG conține în total 4,8 kg dioxid de plutoniu ( 238 Pu + O 2 → PuO 2 ), care furnizează inițial 2 kW de energie termică , transformată în 110 W putere electrică , cu o eficiență de 6,3 % . Tensiunea, DC, produsă de acest generator este de 23-36 V. [23] Mai multe materiale termoelectrice (PbSnTe, TAGS și PbTe) au demonstrat capacitate și durabilitate extinse și sunt aceleași cu cele utilizate pe cele două sonde Viking care au aterizat pe Marte în 1976 . Termocuplurile, într-un MMRTG, sunt alcătuite din plumb și telur .

Un generator de acest tip are un diametru de aproximativ 64 cm (de la vârful unei aripioare la cealaltă) și are o înălțime de 66 cm, cu o masă de 45 kg. [1]

Elemente de securitate

În MMRTG, combustibilul este menținut la rate de vaporizare foarte mici, limitând generarea de praf respirabil și este extrem de insolubil . Acoperirea sa este în iridiu, ceea ce evită contaminarea , protecția la impact și rezistența la coroziune , precum și un punct de topire ridicat, sau 2400 ° C , și este rezistent la o încărcare pirotehnică de 6 kg. [21] [23]

Controlul la sol

MMRTG poate fi controlat la sol folosind software-ul DEGRA, dezvoltat la Jet Propulsion Laboratory . Datorită GUI-ului său , este posibil să se prezică performanța MMRTG, inclusiv degradarea sa în timp , pornind de la datele prestabilite ale stării inițiale a generatorului. Software-ul este disponibil de pe site-ul NASA numai în scopuri guvernamentale, prin urmare nu este disponibil publicului . [24] [23]

MMRTG la bordul Mars Science Laboratory de pe Marte, fotografiat cu camera MAHLI

Laboratorul de Științe Marte

Prima misiune NASA care poartă un MMRTG este roverul marțian Curiosity , care a aterizat pe planeta roșie pe 6 august 2012 , după lansarea în noiembrie 2011 . [25] Curiozitatea, cel mai mare și mai puternic rover lansat vreodată pe altă planetă , și-a atins deja obiectivul principal, care este de a determina faptul că locul său de aterizare, Gale Crater , a prezentat în trecut condiții favorabile dezvoltării vieții. În primul său an doar pe Marte, Curiosity a furnizat mai mult de 190 GB de date, trimițând peste 36700 de imagini complete și 35.000 de miniaturi , efectuând peste 75.000 de aprinderi laser pentru a investiga compoziția a numeroase ținte geologice și a colectat și analizat materiale de prelevare din 2 roci marțiene, precum și că au parcurs mai mult de 1,6 km. [26]

Specificații

Consultați unitatea Mars Science Laboratory [21]

Componente Cantitate
Formulare 8
Acoperiri motorizate 32
Proprietăți radiologice Cantitate (la începutul unei misiuni)
Nivelul de activitate (total) 60000 Ci
238 Pu 3,478 kg
Pu (total) 4.103 kg
Timp de înjumătățire a combustibilului 87,75 ani
Nivelul de putere Cantitate (la începutul unei misiuni)
Putere termala 1975 W
Putere electrică 110 W
Parametrii fizici Cantitate
Masa MMRTG 43,6 kg
Lungime / diametru 66,8cm / 64,2cm
Viața operațională Maxim 14 ani

Generatorul termoelectric îmbunătățit cu mai multe misiuni radioizotopice (eMMRTG)

EMMRTG-Detailed.png

Conceptul eMMRTG ar păstra toate caracteristicile MMRTG, volumul său, interfețele și punctele de montare, oferind îmbunătățiri semnificative în alimentarea cu energie , creșterea puterii cu 25% la începutul fiecărei misiuni și cu 50% cea disponibilă după 14 ani. [27] [28] [29]

EMMRTG ar înlocui actualele termocupluri MMRTG cu noi termocupluri skutterudite (SKD), utilizând tehnologii dezvoltate de JPL cu colaborarea NASA în ultimii 20 de ani și angajând parteneri industriali de încredere precum Teledyne Energy Systems și Aerojet Rocketdyne . În plus, un strat de oxid ar fi adăugat la sursa de căldură pentru a permite creșterea temperaturilor în joncțiunile fierbinți. [27] [28] [29]

Mai jos este un tabel cu principalele diferențe între o unitate MMRTG și un eMMRTG.

MMRTG eMMRTG
Numărul de module GHPS 8
Tipul de termocupluri PbTe / TAGS SKD
Nr. De termocupluri 768
Temperatura joncțiunii fierbinți 530 ° C 600 ° C
Temperatura joncțiunii reci 200 ° C
Puterea la începutul unei misiuni 110 W ~ 145 W
Puterea disponibilă după 14 ani 60 W 90 W
Eficiența sistemului 6,3% 8%
Puterea specifică 2,8 W / kg 3,6 W / kg
Misiuni angajate Multi-misiune
Timp de dezvoltare In folosinta ~ 5 ani
Misiuni viitoare MSL , Marte 2020 Programul Europa , descoperire și noi frontiere

Galerie de imagini

  • MMRTG-2.png
  • MMRTG-GHPS-Inside.png
  • MMRTG-GHPS-Outside.png
  • MMRTG-Thermocouples.png
  • MMRTG-Work.png

Notă

  1. ^ a b Generator termoelectric cu mai multe misiuni radioizotopice (MMRTG) - Foaie informativă NASA ( PDF ), la solarsystem.nasa.gov .
  2. ^ (RO) Sisteme de energie spațială și de apărare | Departamentul Energiei , la energy.gov . Adus la 17 aprilie 2017 .
  3. ^ Despre programul RPS , privind explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  4. ^ Generator termoelectric radioizotop (RTG) , pe explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  5. ^ Întrebări frecvente , despre explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  6. ^ Apollo Surface Experiments , despre explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  7. ^ Viking Mars Landers , despre explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  8. ^ Laboratorul științific Mars , despre explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  9. ^ Pioneer 10 & 11 , despre explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  10. ^ Voyager 1 și 2 , despre explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  11. ^ Ulise , despre explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  12. ^ Galileo , despre explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  13. ^ Cassini-Huygens , despre explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  14. ^ New Horizons , despre explorarea sistemului solar . Adus la 17 aprilie 2017 .
  15. ^ (RO) NASA - PIONEER 10 SPACECRAFT TRIMITE ULTIMUL SEMNAL , pe www.nasa.gov. Adus la 17 aprilie 2017 .
  16. ^ JPL.NASA.GOV, Voyager - Misiunea interstelară , la voyager.jpl.nasa.gov . Adus la 17 aprilie 2017 .
  17. ^ http://www.astronautix.com/craft/transit.htm , pe www.astronautix.com . Adus la 17 aprilie 2017 .
  18. ^ RTG-urile au fost returnate la Mound pentru dezasamblare și combustibilul microsferei 238 PuO 2 recuperat și reutilizat.
  19. ^ Va recupera NASA vreodată Plutoniul lui Apollo 13 din mare? , pe Txchnologist . Adus la 17 aprilie 2017 .
  20. ^ Magie, WM (1963). O carte sursă în fizică. Harvard: Cambridge MA. pp. 461-464. Traducere parțială a „Magnetische Polarization der Metalle und Erze durch Temperatur-Differenz” a lui Seebeck.
  21. ^ a b c Generator termoelectric cu mai multe misiuni radioizotopice (MMRTG) - Ryan Bechtel - Departamentul de Energie al SUA ( PDF ), la nasa.gov .
  22. ^ NASASolarSystem, MMRTG Pull-apart Animation , 8 noiembrie 2013. Accesat la 17 aprilie 2017 .
  23. ^ a b c Thermoelectrics: From Space Power Systems to Terrestrial Waste Heat Recovery Applications ( PDF ), la energy.gov .
  24. ^ (EN) Detalii despre software pe software.nasa.gov. Adus la 17 aprilie 2017 .
  25. ^ JPL, NASA, Power - Mars Science Laboratory , la mars.jpl.nasa.gov . Adus la 17 aprilie 2017 .
  26. ^ JPL, NASA,Goals - Mars Science Laboratory , la mars.jpl.nasa.gov . Adus la 17 aprilie 2017 .
  27. ^ a b Conceptul generatorului termoelectric cu mai multe misiuni radioizotopice (eMMRTG) - Foaie informativă NASA ( PDF ), la solarsystem.nasa.gov .
  28. ^ a b ( EN ) Tim C. Holgate, Russell Bennett și Tom Hammel, Creșterea eficienței generatorului termoelectric de radioizotopi cu mai multe misiuni , în Journal of Electronic Materials , vol. 44, nr. 6, 1 iunie 2015, pp. 1814–1821, DOI : 10.1007 / s11664-014-3564-9 . Adus la 17 aprilie 2017 .
  29. ^ A b (EN) Actualizare evolutivă pentru generatorul termoelectric cu mai multe misiuni radioizotopice (MMRTG) - Document IEEE Xplore , pe ieeexplore.ieee.org. Adus la 17 aprilie 2017 .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Multi-Mission_Radioisotope_Thermoelectric_Generator&oldid=115354823 ”