RPS در بیش از 20 ماموریت فضایی ایالت متحده در 5 دهه گذشته استفاده شده است. ماموریت های بر پایه RPS شامل وویجر 1 و 2برای بررسی فضای میان ستاره ای و دوردست، ماموریت کاسینی به زحل و مریخ نورد "کنجکاوی" می باشد. بسیاری از ماموریت های موجود که برای اکتشافات آینده ی سیارات و قمرهای آن ها است می تواند با استفاده از RPS ممکن گردد یا به طور قابل توجهی بهبود یابد.
برای سیستم های رباتیک ماموریت های فضایی، منبع تغذیه الکتریکی، یکی از عناصر اساسی در شرایط بسیار سخت آن هاست. در اکثر ماموریت های اکتشاف فضایی که نور خورشید فراوان است، انرژی خورشیدی انتخاب مناسبی است اما هر چه محیط های طبیعی بر اساس انخاب مقصد نامناسب تر شود و ماموریت دورتر از خورشید و با وظایف پیچیده در مدت زمان طولانی صورت گیرد، احتمالا استفاده از انرژی و گرمای حاصل از RPS برای فضاپیما تاثیر بیشتری خواهد داشت. RPS نیروی لازم برای فعالیت فضاپیما را با تبدیل گرمای حاصل از پوسیدگی طبیعی ماده رادیواکتیو پلوتونیوم – 238 (به شکل پلوتونیوم دی اکسید) به الکتریسیته فراهم می کند.
بخشی از این گرمای تولید شده استفاده ثانویه ای نیز در گرم نگه داشتن زیرسیستم های حساس به حرارت فضاپیما در محیط های بسیار سرد و یخ زده دارند (مثل بردهای الکترونیکی و موتورها). از مزایای RPS عملکرد پیوسته و با کاهش کارایی بسیار پایین در طول سال هاست و هم چنین از تغییرات اجتناب ناپذیر نور خورشید نیز مستقل می باشد. چنین سیستم هایی می توانند انرژی لازم برای بیش از یک دهه (به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از باتری های شیمیایی معمولی) فراهم کنند و می توانند میلیاردها مایل دورتر از خورشید نیز به کار ادامه دهند.
RPS به منظور کمترین میزان حساسیت یا عدم حساسیت به دما، درجه رادیواکتیو یا دیگر اثرات مخرب بالقوه ی محیط فضایی طراحی شده است و برای ماموریت های فضایی شامل عملیات خودگردان دراز مدت در فضای خلا و در اتمسفر سیاره ای، ایده آل هستند. تحقیقات در مورد انرژی ناشی از ایزوتوپ پرتوافشان مهارشده برای استفاده در فضا در اواسط دهه 1950 میلادی آغاز شد. جدیدترین پیکربندی RPS که مولد ترموالکرتیک ایزوتوپ پرتو افشانی چند-ماموریتی یا MMRTG نامیده می شود، کارایی بسیار خوبی در مریخ نورد "کنجکاوی" در آگوست 2012 نشان داد. MMRTG بر اساس طراحی ثابت RPS (SNAP-19) به منظور فراهم کردن نیروی الکتریکی دو کاوشگر وایکینگ پیشین ناسا استفاده شد که روی سطح مریخ به ترتیب 3 و بیش از 6 سال فعالیت کردند.
MMRTG بدون داشتن هیچ بخش مکانیکی، گرمای تولید شده توسط پوسیدگی طبیعی سوخت هسته ای را به تقریبا 110 وات برق (در شروع ماموریت) تبدیل می کند که با استفاده از یک ویژگی فیزیکی به نام اثر سیدبک (Seedbeck) به وجود می آید. در این فرایند، تفاوت دمایی بسیار زیادی با دقت فراوان در بین اتصال فلز تولید شده که ترموکوپل نامیده می شود، اعمال می شود که شارش الکتریکی ایجاد می کند. در MMRTG، "بخش پرحرارت" این اختلاف دما، از 2000 وات گرمای منتشر شده توسط قرص پلوتونیوم دی اکسید نشأت می گیرد. سوخت هسته ای در پوسته های دفاعی مجزا که منبع حرارت چندمنظوره (GPHS) نامیده می شوند، قرار دارند. MMRTG از 8 ماژول GPHS استفاده می کند در حالی که نسل قبلی یعنی GHPS-RTG از 18 ماژول برای تولید نزدیک به 300 وات برق استفاده می کرد. GHPS-RTG برای تامین انرژی در ماموریت های کازینی در زحل، افق های تازه پلوتو و همچنین گالیله در مشتری و اولسیس برای قطب های خورشیدی استفاده می شود.
برنامه RPS در دو شاخه اصلی برای توسعه نسل بعدی تکنولوژی RPS و نیازمندی ماموریت های فضایی آینده فعالیت می کند: MMRTG که می تواند با مواد پیشرفته جدید برای ترموکوپل های تولیدکننده الکتریسیته اش تقویت شود و رشد تکنولوژی موتور استرلینگ برای نسل جدید RPS را ادامه دهد تا سطح انرژی و کارایی بسیار بالاتری را فراهم کند.
MMRTG تقویت شده به بالقوه (eMMRTG) می تواند از نسل جدیدی از مواد حساس به گرمای کاراتر که به عنوان اسکوترودیت شناخته می شوند، استفاده کند که می تواند در ترموکوپل های MMRTG با تغییرات اندکی در سیستم کلی مقاوم گردد. این مواد نیمه رسانای جدید از کبالت آرسنید با مقدار متغیری از نیکل و آهن تشکیل شده است. با استفاده از این مواد اسکوترودیت، به MMRTG تقویت شده این اجازه داده می شود تا 30 درصد بیشتر از ابتدای ماموریت انرژی تولید کند و چون کاهش کارایی، بسیار کم است 50 درصد انرژی بیشتر از MMRTG در انتهای یک ماموریت 14 ساله معمولی باقی می ماند. ابعاد کلی و جرم یک eMMRTG نیز تقریبا برابر با ابعاد MMRTG است.
ناسا وشرکای تجاری اش در صنعت، سیستم های استرلینگ غیرهسته ای و واحدهای کنترل کامپیوتریشان را برای مدت زمانی بیش از 600 هزار ساعت در آزمایشگاه مورد آزمایش و بهره برداری قرار دادند. سیستم های استرلینگ با تکنولوژی مشابه برای مدت یک دهه یا بیشتر با موفقیت مورد استفاده قرار گرفت. برنامه RPS به فعالیت و تحقیق درباره تکنیک های تولید و تضمین قابلیت اطمینان بلندمدت سیستم های ایزوتوپ پرتوافشان استرلینگ ادامه می دهند و قصد دارند تا آن را به عنوان نسل جدیدی از RPS برای پروازهای آینده توسعه دهند.
منبع: ناسا (NASA Facts)
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر