Rádioizotopový termoelektrický generátor pro více misí - Multi-mission radioisotope thermoelectric generator

The více misí radioizotopový termoelektrický generátor (MMRTG) je typ radioizotopový termoelektrický generátor (RTG) vyvinut pro NASA vesmírné mise[1] tak jako Mars Science Laboratory (MSL) spadající pod jurisdikci Úřadu pro vesmírné a obranné energetické systémy Ministerstva energetiky USA Úřad pro jadernou energii. MMRTG byl vyvinut průmyslovým týmem společnosti Aerojet Rocketdyne a Teledyne energetické systémy.
Pozadí
Mise pro průzkum vesmíru vyžadují bezpečné a spolehlivé energetické systémy s dlouhou životností, které zajišťují elektřinu a teplo pro kosmické lodě a jejich vědecké přístroje. Jedinečným zdrojem energie je radioizotopový termoelektrický generátor (RTG) - v podstatě jaderná baterie, která spolehlivě přeměňuje teplo na elektřinu.[2] Radioizotopová síla byla použita na osmi misích obíhajících kolem Země, osmi misích na vnější planety a na Zemi Apollo mise po Apollu 11 na zemský měsíc. Vnější mise sluneční soustavy jsou Pioneer 10 a 11, Voyager 1 a 2, Ulysses, Galileo, Cassini a Nové obzory mise. RTG jsou zapnuty Voyager 1 a Voyager 2 fungují od roku 1977.[3] Celkově za poslední čtyři desetiletí zahájily Spojené státy 26 misí a 45 RTG.
Funkce
Polovodičové termoelektrické páry převádějí teplo z přirozeného rozpadu radioizotop plutonium-238 oxid na elektřinu.[4] Na rozdíl od solárních polí nejsou RTG závislé na Slunci, takže je lze použít pro mise v hlubokém vesmíru.
Dějiny
V červnu 2003 Ministerstvo energetiky (DOE) zadala smlouvu MMRTG týmu vedenému společností Aerojet Rocketdyne. Aerojet Rocketdyne a Teledyne Energy Systems spolupracovaly na koncepci MMRTG založené na předchozím návrhu termoelektrického převodníku, SNAP-19, vyvinutý společností Teledyne pro předchozí mise pro průzkum vesmíru.[5] Napájení SNAP-19 Pioneer 10 a Pioneer 11 mise[4] stejně jako Viking 1 a Viking 2 přistávače.
Design a specifikace
MMRTG je poháněn osmi Pu-238 oxid uhličitý univerzální zdroj tepla (GPHS) moduly poskytované ministerstvem energetiky. Zpočátku těchto osm modulů GPHS generuje tepelný výkon přibližně 2 kW.
Návrh MMRTG zahrnuje PbTe / TAGS termoelektrické páry (od Teledyne Energy Systems), kde materiál TAGS je materiál obsahující Tellurium (Te), stříbro (Ag), Germanium (Ge) a Antimony (Sb). MMRTG je navržen tak, aby na začátku mise produkoval 125 W elektrický výkon, který po 14 letech klesne na přibližně 100 W.[6] S hmotností 45 kg[7] MMRTG poskytuje na začátku života přibližně 2,8 W / kg elektrické energie.
Konstrukce MMRTG je schopna pracovat jak ve vakuu vesmíru, tak v planetárních atmosférách, například na povrchu Marsu. Cíle designu MMRTG zahrnovaly zajištění vysokého stupně bezpečnosti, optimalizace úrovní výkonu během minimální životnosti 14 let a minimalizace hmotnosti.[2]
Využití ve vesmírných misích

Zvědavost, rover MSL, který byl úspěšně přistán Kráter Gale 6. srpna 2012 používá jeden MMRTG k dodávce tepla a elektřiny pro své komponenty a vědecké přístroje. Spolehlivý výkon z MMRTG mu umožní fungovat několik let.[2]
20. února 2015 představitel NASA uvedl, že NASA má k dispozici dostatek plutonia na pohon dalších tří MMRTG, jako je ten, který používá Zvědavost rover.[8][9] Jeden se již zavázal k Mars 2020 rover.[8] Ostatní dva nebyli přiděleni k žádné konkrétní misi nebo programu,[9] a může být k dispozici koncem roku 2021.[8]
MMRTG byl úspěšně vypuštěn na oběžnou dráhu 30. července 2020 na palubě Mars 2020 mise. MMRTG používaný při této misi je F-2 postavený americkým ministerstvem energetiky (DOE) s provozní životností 14 let.[10]
Nadcházející NASA Vážka mise na Saturnův měsíc Titan použije MMRTG.[11] MMRTG bude použit k nabíjení sady lithium-iontových baterií a poté bude pomocí tohoto zdroje s vyšší hustotou energie létat čtyřkolkou vrtulníku v krátkém chmelu nad povrchem měsíce.[12]
Náklady
Cena MMRTG se odhaduje AMERICKÉ DOLARY$ 109 000 000 na výrobu a AMERICKÉ DOLARY$ 83 000 000 na výzkum a vývoj.[13] Pro srovnání výroby a nasazení GPHS-RTG bylo přibližně AMERICKÉ DOLARY$ 118,000,000.
Viz také
- Pokročilý Stirlingův radioizotopový generátor
- Radioizotopový termoelektrický generátor (RTG)
- Jaderná energie ve vesmíru
Reference
- ^ „Radioizotopové energetické systémy pro průzkum vesmíru“ (PDF). Březen 2011. Citováno 2015-03-13.
- ^ A b C
Tento článek zahrnujepublic domain materiál z Národní úřad pro letectví a vesmír dokument: „Vesmírný radioizotopový energetický systém Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator“ (PDF). Citováno 2016-07-05. (pdf) Říjen 2013
- ^ Bechtel, Ryan. „Radioizotopové mise“ (PDF). Americké ministerstvo energetiky. Archivovány od originál (PDF) dne 2012-02-01.
- ^ A b SNAP-19: Pioneer F & G, závěrečná zpráva, Teledyne Isotopes, 1973
- ^ „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 16. 12. 2011. Citováno 2011-11-21.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
- ^ http://pdf.aiaa.org/preview/CDReadyMIECEC06_1309/PV2006_4187.pdf
- ^ „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 02.02.2014. Citováno 2013-04-22.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
- ^ A b C Leone, Dan (11. března 2015). „Zásoba plutonia v USA je vhodná pro další dvě jaderné baterie po Marsu 2020“. Vesmírné novinky. Citováno 2015-03-12.
- ^ A b Moore, Trent (12. března 2015). „NASA může vyrobit pouze další tři baterie, jako je ta, která pohání marťanský rover“. Blastr. Citováno 2015-03-13.
- ^ „US DOE dodává energetický systém pro spuštění NASA na Marsu“. Nuclear Engineering International. Nuclear Engineering International. 12. června 2020. Citováno 2020-10-28.
- ^
Tento článek zahrnujepublic domain materiál z Národní úřad pro letectví a vesmír dokument: „Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG)“ (PDF). Citováno 2020-10-28. (pdf) Květen 2020
- ^ ""Dragonfly: Nejnovější jaderná kosmická loď NASA"". Kromě NERVA. 9. července 2019. Citováno 2020-10-28.
- ^ „Srovnání nákladů v roce 2015 pro radioizotopové energetické systémy - vědecká laboratoř Cassini a Mars“. Červenec 2016. Citováno 2020-07-30.