ژنراتورهای هسته‌ای مینیاتوری منبع قدرت کیوبست‌ها در اعماق فضا

پروژه جدید ناسا سعی دارد که ژنراتورهای مینیاتوری را در فضاپیماها به کار بگیرد تا علاوه بر حجم کمتر، قدرت کافی را برای تامین قدرت مورد نیاز داشته باشند.

کد خبر: ۵۷۲۹۵۹

تاریخ: ۲۸ دی ۱۴۰۱ - ۱۰:۴۳

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از نیو اطلس، ناسا در اقدامی که می‌تواند ظهور نسل جدیدی از ماهواره‌های مکعبی موسوم به «کیوب‌ست»(CubeSat) را در اعماق فضا به همراه داشته باشد، پروژه‌ای را آغاز کرده است که توسط «موسسه فناوری راچستر»(RIT) انجام می‌شود تا به توسعه یک منبع انرژی هسته‌ای به اندازه یک دهم منابعی که در حال حاضر برای مأموریت‌های سیاره‌ای استفاده می‌شوند، بپردازد.

بیشتر ماهواره‌هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار دارند، انرژی خود را از پنل‌های خورشیدی می‌گیرند که نور خورشید را با جذب فوتون‌ها به الکتریسیته تبدیل می‌کنند تا یک عدم تعادل بالقوه را در مواد سلول‌های پنل به وجود بیاورند و به تولید جریان الکتریکی بپردازند. این پنل‌ها کار خود را به خوبی انجام می‌دهند اما در فضای عمیق فراتر از مدار مریخ یا در شرایط ناملایم مانند طوفان‌های گرد و غبار مریخ یا شب‌های طولانی ماه، نور خورشید به سادگی نمی‌تواند انرژی مورد نیاز را تولید کند.

بسیاری از فضاپیماها به عنوان یک جایگزین، به «ژنراتورهای حرارتی رادیوایزوتوپ چند مأموریتی»(MMRTG) مجهز هستند که از دما برای تولید برق استفاده می‌کنند. به عبارت دیگر، رادیوایزوتوپ گرما تولید می‌کند و ترموکوپل‌ها گرما را مستقیما به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. این اصول برای مهندسان آشنا هستند و روی زمین به طور گسترده برای چیزهایی که می‌توانند دستگاه‌های تلفن همراه را نیز شارژ کنند، استفاده می‌شوند.

مشکل سیستم‌های MMRTG این است که نسبتا حجیم هستند. به عنوان مثال، دو سیستم مورد استفاده در مریخ‌نورد «استقامت»(Perseverance) ناسا، هر کدام ۶۴ سانتی‌متر قطر، ۶۶ سانتی‌متر طول و ۴۵ کیلوگرم وزن دارند.

در نتیجه، سیستم‌های MMRTG برای فضاپیماهای بسیار بزرگ در نظر گرفته شده‌اند، و مریخ‌نورد استقامت به اندازه یک خودروی شاسی‌بلند است. یک خودروی خانوادگی دارای توان ویژه ۵۰ تا ۱۰۰ وات بر کیلوگرم است؛ در حالی که یک هواپیمای جنگنده حدود ۱۰ هزار وات بر کیلوگرم توان دارد. در مقابل، یک MMRTG دارای نسبتی در حدود ۳۰ وات بر کیلوگرم است.

با نگاهی به ترمودینامیک «اندازه، وزن و توان»(SWaP) یک MMRTG احتمالی، ناسا امیدوار است که این نسبت را به تنها سه وات بر کیلوگرم کاهش دهد و حجم را نیز کم کند.

سیستم این کار را با استفاده از یک اصل جدید انجام می‌دهد که در آن، یک پنل خورشیدی به صورت معکوس کار می‌کند. هنگامی که یک پنل خورشیدی نور را جذب می‌کند، بخشی از آن به برق و بیشتر آن به گرما تبدیل می‌شود. منبع انرژی رادیو ایزوتوپی جدید براساس ایده سلول حرارتی کار می‌کند که در آن، گرما به شکل نور مادون قرمز به صفحه‌ای حاوی عناصر ایندیم، آرسنیک، آنتینومی و فسفر در ترکیبات گوناگون برخورد می‌کند. این یک تفاوت احتمالی را با آنچه در سلول‌های خورشیدی یافت می‌شود، ایجاد می‌کند.

به طور خلاصه، سلول حرارتی از گرما الکتریسیته تولید می‌کند و انرژی زائد را به شکل فوتون‌های مادون قرمز تخلیه می‌کند. این سلول نه تنها به صورت معکوس نسبت به یک پنل خورشیدی کار می‌کند، بلکه راندمان بسیار بیشتری نیز دارد. نتیجه این کار، یک «ژنراتور ترمورادیاتیو»(TRG) جدید است.

اگر بتوان این فناوری جدید را عملی کرد، بدان معناست که ماموریت‌های آینده به مقصد سیاره مشتری و فراتر از آن یا به دهانه‌های همیشه سایه‌دار مناطق قطبی ماه می‌توانند از فضاپیماهایی به اندازه کیوب‌ست با ژنراتورهای کوچک استفاده کنند که تمام نیروی مورد نیاز را به آنها می‌دهد.