Gerador termoelétrico de radioisótopo multi-missão - Multi-mission radioisotope thermoelectric generator

Diagrama de um MMRTG.

O gerador termoelétrico de radioisótopos multi-missão (MMRTG) é um tipo de gerador termoelétrico de radioisótopos (RTG) desenvolvido para missões espaciais da NASA , como o Mars Science Laboratory (MSL), sob a jurisdição do Escritório de Espaço e Defesa do Departamento de Energia dos Estados Unidos Sistemas de energia dentro do Escritório de Energia Nuclear . O MMRTG foi desenvolvido por uma equipe da indústria da Aerojet Rocketdyne e Teledyne Energy Systems .

Fundo

As missões de exploração espacial exigem sistemas de energia seguros, confiáveis ​​e de longa duração para fornecer eletricidade e calor às espaçonaves e seus instrumentos científicos. Uma fonte de energia com capacidade única é o gerador termoelétrico de radioisótopo (RTG) - essencialmente uma bateria nuclear que converte calor em eletricidade de forma confiável. Poder radioisótopo tem sido usado em oito missões da Terra em órbita, oito missões para os planetas exteriores, e os Apollo missões após Apollo 11 para a Lua. As missões externas do Sistema Solar são as missões Pioneer 10 e 11 , Voyager 1 e 2 , Ulysses , Galileo , Cassini e New Horizons . Os RTGs da Voyager 1 e Voyager 2 estão operando desde 1977. No total, nas últimas quatro décadas, 26 missões e 45 RTGs foram lançados pelos Estados Unidos.

Função

Os pares termoelétricos de estado sólido convertem o calor produzido pela decadência natural do radioisótopo plutônio-238 em eletricidade . O princípio da conversão física é baseado no efeito Seebeck , obedecendo a uma das relações recíprocas de Onsager entre fluxos e gradientes em sistemas termodinâmicos. Um gradiente de temperatura gera um fluxo de elétrons no sistema. Ao contrário dos painéis solares fotovoltaicos , os RTGs não dependem da energia solar , portanto podem ser usados ​​para missões no espaço profundo.

História

Em junho de 2003, o Departamento de Energia (DOE) concedeu o contrato MMRTG a uma equipe liderada pela Aerojet Rocketdyne. Aerojet Rocketdyne e Teledyne Energy Systems colaboraram em um conceito de projeto MMRTG baseado em um projeto anterior de conversor termoelétrico, SNAP-19 , desenvolvido pela Teledyne para missões de exploração espacial anteriores. SNAP-19s impulsionou as missões Pioneer 10 e Pioneer 11 , bem como os landers Viking 1 e Viking 2 .

Design e especificações

O MMRTG é alimentado por oito módulos de fonte de calor de uso geral de dióxido de Pu-238 (GPHS), fornecidos pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE). Inicialmente, esses oito módulos GPHS geram cerca de 2 kW de energia térmica.

O projeto MMRTG incorpora pares termoelétricos PbTe / TAGS (da Teledyne Energy Systems ), onde TAGS é um acrônimo que designa um material que incorpora telúrio (Te), prata (Ag), germânio (Ge) e antimônio (Sb). O MMRTG é projetado para produzir 125 W de energia elétrica no início da missão, caindo para cerca de 100 W após 14 anos. Com uma massa de 45 kg, o MMRTG fornece cerca de 2,8 W / kg de energia elétrica no início da vida.

O projeto MMRTG é capaz de operar no vácuo do espaço e em atmosferas planetárias, como na superfície de Marte. Os objetivos do projeto para o MMRTG incluíam garantir um alto grau de segurança, otimizar os níveis de potência ao longo de uma vida útil mínima de 14 anos e minimizar o peso.

Uso em missões espaciais

O gerador termoelétrico de radioisótopos multi-missão do Mars Science Laboratory .

Curiosity , o rover MSL que pousou com sucesso na cratera Gale em 6 de agosto de 2012, usa um MMRTG para fornecer calor e eletricidade para seus componentes e instrumentos científicos. A energia confiável do MMRTG permitirá que ele opere por vários anos.

Em 20 de fevereiro de 2015, um oficial da NASA relatou que há plutônio suficiente disponível para a NASA abastecer mais três MMRTGs como o usado pelo rover Curiosity . Um já está comprometido com o Mars 2020 e seu rover Perseverance . Os outros dois não foram atribuídos a nenhuma missão ou programa específico e podem estar disponíveis no final de 2021.

Um MMRTG foi lançado com sucesso no espaço em 30 de julho de 2020, a bordo da missão Mars 2020 , e agora está sendo usado para fornecer calor e energia ao equipamento científico do Perseverance . O MMRTG usado por esta missão é o F-2 construído pela Teledyne Energy Systems, Inc. e Aerojet Rocketdyne sob contrato com o Departamento de Energia dos EUA (DOE) com uma vida útil de até 17 anos.

A próxima missão Dragonfly da NASA à lua de Saturno, Titã , usará um dos dois MMRTGs para os quais a equipe de Sistemas de Energia Aerojet Rocketdyne / Teledyne recentemente recebeu um contrato. O MMRTG será usado para carregar um conjunto de baterias de íon de lítio e, em seguida, usar esta fonte de alta densidade de potência para voar em um helicóptero quadriciclo em saltos curtos acima da superfície da lua.

Custo

O MMRTG custou cerca de US $ 109.000.000 para fabricar e US $ 83.000.000 para pesquisar e desenvolver. Para efeito de comparação, a produção e implantação do GPHS-RTG foi de aproximadamente US $ 118.000.000.

Veja também

Referências

links externos