Sondy Voyager 1 a 2 byly vypuštěny v roce 1977 a pracují nepřetržitě již více než 45 let a razí cestu ze Země na vnější planety naší sluneční soustavy a dále. Díky radioizotopovým termoelektrickým generátorům (RTG), které poskytly při startu 470 wattů, jsou schopny pracovat v temnotě hlubokého vesmíru stejně jako v rámci naší osvětlené sluneční soustavy. Protože však nic ve vesmíru není skutečně nekonečné, i tyto RTG se časem opotřebovávají, ať už přirozeným rozpadem jejich zdroje záření nebo degradací termočlánků.
Navzdory tomuto postupnému poklesu síly, NASA Nedávno oznámeno Ten Voyager 2 má dosud neznámý zdroj záložní energie, který by o několik let oddaloval vypnutí dalších vědeckých přístrojů. Tato změna v podstatě obchází normální napětí obvodu a související záložní napájecí systém, čímž uvolňuje energii, kterou spotřebovává pro vědecké přístroje, které by se začaly vypínat před lety.
I když je to samo o sobě dobrá zpráva, je to také pozoruhodné, protože 45 let starý Multi Hundred Watt (MHW) Voyageru je předchůdcem RTG, které stále pohání sondu New Horizons o 17 let později a Mars Science Laboratory (Curiosity) Již více než 10 let se hodnota RTG ukazuje v dlouhodobých průzkumných misích.
I když je základní princip RTG poměrně jednoduchý, jeho design se od nasazení amerického SNAP-3 RTG dramaticky změnil. Přechod Satelit 4B v roce 1961.
Potřeba moci
Dokonce i na Zemi může být obtížné najít spolehlivý zdroj energie, který vydrží roky nebo dokonce desetiletí, a proto NASA’s Auxiliary Nuclear Power Systems (NASA)popVývojový program vytvořil RTG určené pro pozemní a kosmické použití, přičemž SNAP-3 byl první, který dosáhl vesmíru. Daný RTG produkoval pouze 2,5 wattu a satelity měly i solární panely a NiCd baterie. Ale jako vesmírné RTG testovací zařízení položil SNAP-3 základy pro následné mise NASA.
SNAP-19 poskytoval energii (asi 30 wattů na RTG) pro Viking landery 1 a 2, stejně jako Pioneer 10 a 11. Pět modulů SNAP-27 poskytovalo energii pro balíčky Apollo Lunar Surface Experiments (ALSEP), které na měsíčním povrchu zanechali astronauti Apolla 12, 14, 15, 16 a 17. Každý SNAP-27 poskytoval přibližně 75 wattů při 30 V stejnosměrném proudu z 3,8 kg palivové tyče plutonia-238 o výkonu 1250 wattů. O deset let později SNAP-27 stále vyrábí více než 90 % své jmenovité elektrické energie, což umožňuje každému ALSEP přenášet data o měsíčních otřesech a další informace zaznamenané jeho přístroji tak dlouho, jak to energetický rozpočet dovolí.
V době, kdy podpůrné operace pro projekt Apollo v roce 1977 skončily, zůstaly ALSEPům v provozu pouze jejich vysílače. Modul SNAP-27 Apolla 13 (připojený k vnější straně lunárního modulu) se vrátil na Zemi, kde zůstává – neporušený – na dně příkopu Tonga v Tichém oceánu.
Relativní neúčinnost RTG byla však zjevná již v té době Snap-10A Experiment demonstrující integrovaný 500wattový štěpný reaktor v satelitu poháněném iontovým motorem, který snadno překonal SNAP RTG. Ačkoli jsou výkonnější na jednotku objemu a jaderné palivo, RTG na bázi termočlánků mají tu výhodu, že nemají absolutně žádné pohyblivé části a pouze pasivní chlazení. To jim umožňuje doslova se nalepit na vesmírnou sondu, satelit nebo vozidlo s tepelným zářením a/nebo konvekcí poskytující chladnou stranu pro tepelný.
Používají se tyto termočlánky Seebeckův efekt, Peltierův jev obráceně, aby se přeměnil teplotní gradient mezi dvěma rozdílnými elektricky vodivými materiály v podstatě na generátor. Velkou částí výzvy pro RTG založené na termočláncích je nalezení nejúčinnějšího a nejodolnějšího držáku. Ačkoli byly vyzkoušeny také RTG s Rankinovým, Braytonovým a Stirlingovým cyklem, mají zjevnou nevýhodu pohyblivých mechanických částí, které vyžadují těsnění a mazání.
Když vezmeme v úvahu odhadovanou 45letou životnost Voyageru MHW-RTG U relativně starých křemíkových-germaniových (SiGe) termočlánků by měly být zřejmé nevýhody přidávání mechanických součástí. Zvláště když vezmeme v úvahu dosavadní dvě generace nástupců MHW RTG.
Ne vaše RTG ze 70. let
Zatímco MHW-RTG Voyageru byl vyvinut speciálně pro misi NASA, jeho nástupce s kreativním názvem Univerzální zdroj tepla (GPHSRTG navrhla vesmírná divize General Electric a následně byla použita na misích Ulysses (1990-2009), Galileo (1989-2003), Cassini-Huygens (1997-2017) a New Horizons (2006-). Každý GPHS-RTG produkuje přibližně 300 wattů elektrické energie z 4400 wattového termočlánku, za použití podobných křemíkových a germaniových termočlánků.
Zajímavým aspektem je, že i solárně napájené Mars rovery obsahují radioizotopový modul, i když ve formě radioizotopového topného modulu (RHU), s Sojourner Rover Přítomnost tří takových RHU, f Duch a příležitost Osm RHU každý. Tyto RHU poskytují konstantní zdroj tepla, který umožňuje využití omezené elektřiny ze solárních panelů a baterií pro jiné úkoly, než je provoz ohřívačů.
Mezitím aktuálně aktivní Mars rover, zvědavost A jeho duální rezistor získává elektrickou energii a teplo z jednoho zařízení Multifunkční radioizotopový termoelektrický generátor (mmrtg) osamělost. Tyto RTG sady používají feroelektrické páry PbTe/TAGS, což znamená slitinu olovo/telur na jedné straně a telur (Te), stříbro (Ag), germanium (Ge) a antimon (Sb) na druhé straně páru. MMRTG je dimenzován až na 17 životností, ale pravděpodobně výrazně překoná konstrukční specifikace jako MHW-RTG a další. Palivo plutonium-238 s MMRTG je obsaženo v jednotkách GPHS (General Purpose Heat Source Unit), které slouží k ochraně paliva před poškozením.
Hlavní poruchový režim Z termočlánků SiGe germanium v průběhu času migrovalo a způsobovalo sublimaci. Tomu bylo u pozdějších konstrukcí zabráněno potažením SiGe termočlánků nitridem křemíku. Termočlánky PbTe/TAGS by v tomto ohledu měly poskytovat další stabilitu a MMRTG v Curiosity a Persistence sloužily jako testy trvání v reálném světě.
problém s palivem
Sondy Voyager 1 a 2 jsou docela mimo cestu pro velký servis a údržbu, takže NASA musela být kreativní, aby optimalizovala využití energie. Přestože záložní napájecí obvod mohl být v 70. letech minulého století považován za nezbytnost pro případ kolísání výkonu z některého ze tří RTG na každé vesmírné sondě, existuje dostatek reálných pozorovacích dat na podporu domněnky, že to nemusí být nutné, kromě exotických efektů..
S přibližně 46 lety dat z Voyager RTG nyní můžeme vidět, že stabilita termočlánků je nezbytná pro udržení konstantního výstupního výkonu, protože se rozpadá. plutonium-238 Zdroj paliva je mnohem jednodušší modelovat a předvídat. Nyní, když s MMRTG můžeme řešit mnoho problémů, které způsobují, že se termočlánky časem zhoršují. Jedinou chybějící složkou je palivo plutonium-238.
Většina plutonia-238, které měly Spojené státy, pochází z lokality Savannah River (SRS) před uzavřením tohoto zařízení a svých vlastních reaktorů v roce 1988. Poté Spojené státy dovážely plutonium Pu-238 z Ruska, než začaly docházet i jeho zásoby, což vedlo k trapné pozici, kdy Spojeným státům docházelo to, co je z nejlepších radioaktivních izotopů pro použití v RTG pro dlouhodobé mise. S krátkým poločasem rozpadu 87,7 let a pouze rozpadem alfa je plutonium-238 docela neškodné pro okolní materiál a zároveň poskytuje velké množství tepelné energie.
Vzhledem k tomu, že zbývá pouze dostatek plutonia-238 pro dva MMRTG na současných marsovských roverech a další dva mimo, Spojené státy Restartovat nyní Výroba plutonia-238. Ačkoli plutonium-238 může být vytvořeno několika různými metodami, zdá se, že preferovanou metodou je použití zásoby neptunia-237 a její vystavení neutronům ve štěpných reaktorech nebo podobných zdrojích neutronů, aby se plutonium-238 vytvořilo záchyt neutronů. Podle NASA by k uspokojení poptávky po budoucích vesmírných misích mělo stačit asi 1,5 kg plutonia-238 ročně.
Malá kosmická loď ve tmě
Voyager 1 je v současné době ve vzdálenosti 159,14 AU (23,807 miliard km) od Země a Voyager 2 Je jen nepatrně blíže na 133,03 AU než Země. Jako projekt, který má své kořeny ve Space Race a skončil po mnoha svých tvůrcích, ale i geopolitice té doby, je to možná jedna z mála umělých konstant, se kterými se všichni můžeme nějakým způsobem ztotožnit. móda.
Jako nosiče zlatých disků, které obsahují podstatu lidstva, přesahuje prodloužení života těchto kosmických lodí rámec pouhé vědy, kterou mohou dělat v temnotě hlubokého vesmíru. S každým dalším rokem se možná dozvíme o něco více a uvidíme více z toho, co čeká lidstvo mimo dosah této víceméně obyčejné sluneční soustavy.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
