La nave espacial con suministro de energía solar puede no parecer un desafío, dado lo intenso que puede sentirse la luz solar en la Tierra. Los aviones espaciales cerca del suelo usan grandes paneles solares para aprovechar el sol para la corriente necesaria para comenzar sus sistemas de comunicación e instrumentos científicos.
Sin embargo, más en el universo que vaya, la luz solar más débil se vuelve y es menos útil para alimentar sistemas con paneles solares. Incluso en un sistema solar interno, los aviones espaciales como un rovers lunar o Marte necesitan fuentes de energía alternativas.
Como astrofísico y profesor de física, enseño el tipo de cambio de niveles más altos en el entorno espacial. Una de las lecciones clave que enfatizo a mis alumnos es cuán injusto puede ser el espacio. En este entorno extremo, en el que los aviones espaciales deben resistir cohetes solares intensos, radiación y cambios de temperatura de cientos de grados bajo cero, los ingenieros han desarrollado soluciones innovadoras para alimentar algunos de los espacios más alejados y aislados.
Entonces, ¿cómo los ingenieros de energía en los alcances externos de nuestro sistema solar y más allá? La solución es la tecnología desarrollada en la década de 1960 basada en principios científicos descubiertos dos siglos: Radioisotopes Generadores termoeléctricos o RTG.
RTGS es básicamente una batería nuclear. Pero a diferencia de las baterías AAA en el control remoto de su televisor, los RTG pueden proporcionar fuerza durante décadas, mientras que cientos de millones a mil millones de millas del país.
Energía nuclear
Los generadores de radioisotop termoeléctrico no dependen de reacciones químicas como baterías en su teléfono. En cambio, confían en la disminución radiactiva de los elementos de producción de calor y al final de la electricidad. Aunque este concepto suena similar a la planta de energía nuclear, RTGS trabaja en otro principio.
La mayoría de los RTG se construyeron utilizando Plutonio-238 como su fuente de energía, que no se puede usar para las centrales nucleares porque no admite las reacciones de fisia. En cambio, Plutonio-238 es un elemento inestable que enviará una disminución radiactiva.
La disminución radiactiva o la desintegración nuclear ocurre cuando un núcleo atómico inestable es espontáneo y transmite al azar partículas y energía para alcanzar una configuración más estable. Este proceso a menudo hace que el elemento se mueva a otro elemento, porque el núcleo puede perder protones.
Plutonio-238 decae en uranio-234 y transmite partículas alfa, hechas de dos protones y dos neutrones. NASA
Cuando se decae el plutonio-238, transmite partículas alfa, que consisten en dos protones y dos neutrones. Cuando Plutonio-238, que comienza con 94 protones, libera partículas alfa, pierde dos protones y giros en uranio-234, que tiene 92 protones.
Estas partículas alfa se comunican y transmiten energía al material que rodea al plutonio, que calienta ese material. La disminución radiactiva del Plutonio-238 reproduce suficiente energía para que pueda brillar rojo del propio calor y este es este poderoso calor que es una fuente de energía para la fuente de alimentación de RTG.
La fuente de calor nuclear para el rover de la curiositis Rover Mars se instala en la carcasa de grafito. El combustible brilla el rojo caliente debido a la disminución radiactiva en Plutonio-238. Laboratorio Nacional Idaho, CC es cálido como poder
Los fabricantes de radioisotas termoeléctricas pueden convertir el calor en electricidad utilizando un principio llamado ocho Eketecke, que descubrió al científico alemán Thomas, que es 1821. Años. Como se agregó, el calor de algunos tipos de RTGS puede ayudar a mantener la electrónica y otros componentes de la misión cálido y trabajando cálido y trabajar cálido y otros componentes de la misión.
En su forma básica, el Seebeck describe cómo dos cables de diferentes materiales están asociados con bucles producen electricidad en ese bucle cuando se exponen a la diferencia de temperatura.
El efecto de la búsqueda es el principio detrás de RTGS.
Los dispositivos que usan este principio se llaman parejas termoeléctricas o termoplías. Estos termópodos permiten que los RTG produzcan electricidad a partir de la diferencia de temperatura creada por la desintegración de calor Plutonio-238 y el espacio frío frío.
Radioizotop Radio Generador de planta de energía térmica
En el radioisotipo básico, el generador termoeléctrico tiene un contenedor de Plutonio-238, preservado en dióxido de plutonio, a menudo en una condición cerámica sólida que proporciona seguridad adicional en caso de accidentes. El material de plutonio está rodeado por una capa protectora de aislamiento de aluminio a la que se conectan una gran serie de centrales térmicas. Todo el ensamblaje está dentro de una caja de aluminio protector.
El RTG tiene la descomposición del material en su núcleo, que genera calor que se convierte en electricidad. Departamento de Energía de los Estados Unidos
El interior del RTG y un lado de los termopos se mantienen calientes, cerca de 1,000 grados Fahrenheit (538 grados centígrados), mientras que el lado externo de la RTG y otras termoposiciones extrañas están expuestas al espacio. Este exterior, una capa que gira el espacio puede estar fría como unos pocos cientos de grados Fahrenheit por debajo de cero.
Esta fuerte diferencia de temperatura permite que el RTG convierta el calor de la disminución radiactiva en la electricidad. Esta electricidad de potencia todo tipo de aviones espaciales, desde sistemas de comunicación hasta instrumentos científicos para rovers en Marte, incluidas cinco NASA actuales de la NASA.
Pero no te entusiasmes demasiado por comprar RTG para tu casa. El uso de tecnología instantánea solo puede producir varios cientos de poderes WAT. Esto puede ser suficiente para alimentar la computadora portátil estándar, pero insuficiente para jugar videojuegos con una poderosa GPU.
Sin embargo, para la misión del universo profundo, estos pares de cientos de vatios son más que suficientes.
El beneficio correcto de los RTG es su capacidad para proporcionar un poder predecible y consistente. La disminución radiactiva en el plutonio es constante, cada segundo de cada día durante décadas. Durante unos 90 años, solo la mitad del plutonio en RTG fallará. RTG no requiere piezas móviles para generar electricidad, lo que las hace mucho menos propensas a reducir o dejar de funcionar.
Además, tienen una excelente seguridad y están diseñados para sobrevivir a su uso normal y también asegurarse del evento de un accidente.
RTGS en acción
RTGS es crucial para el éxito de muchos sistemas solares de la NASA y misiones de espacio profundo. La curiosidad de Marte y perseverancia y persistencia y un nuevo horizonte de la nave espacial que visitó a Plutón en 2015 todos usaron RTG. Los New Horizons viajan desde el sistema solar, donde sus RTG proporcionarán energía en la que no pueden estar los paneles solares.
Sin embargo, ninguna misión atrapó el poder de los RTG como las misiones Voyager. La NASA lanzó una nave espacial de dos vías Voyager 1 y Voyager 2 1977. Años para visitar el sistema solar externo, y luego en la carretera.
Los RTG en las sondas Voyager permitieron que la nave espacial permaneciera encendida mientras recopilaba datos. NASA / JPL-CALTECH
Cada nave está equipada con tres RTG, que proporciona un total de 470 vatios en el lanzamiento. Han pasado casi 50 años desde que comenzó las sondas Voyager, y ambas siguen siendo una misión científica activa, recopilando y enviando datos al país.
Voyager 1 y Voiager 2 están a unas 15.5 mil millones de millas y 13 mil millones de millas (casi 25 mil millones de kilómetros y 21 mil millones de kilómetros) de la Tierra, o, lo que los hace más notables casos en el hombre. Incluso en estas distancias extremas, sus RTG continúan proporcionándoles una fuerza constante.
Estas naves espaciales son un testimonio del ingenio de los ingenieros que diseñaron RTGS por primera vez a principios de la década de 1960.
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