Elektrownia łazika MSL

Energię zarówno elektryczną jak i cieplną podczas misji łazika Curiosity zapewni rozpad promieniotwórczy. O tym jak niezawodna, bezpieczna i coraz powszechniejsza jest ta metoda zasilania oraz jakie dokładnie rozwiązania znajdują zastosowanie w MSLu opowiemy w tym artykule.

Dlaczego energia z atomu?

Energia w kosmosie jest potrzebna urządzeniom do funkcjonowania i komunikacji. Łazik jest urządzeniem elektrycznym i by mógł się poruszać i używać instrumentów naukowych potrzebuje mocy. W praktycznym zastosowaniu w kosmosie mamy jedynie dwa źródła produkcji energii elektrycznej. Jednym z nich jest energia słoneczna, a drugim ciepło z przemian jądrowych. (jest jeszcze energia zaklęta w węglowodany i inne wysokoenergetyczne czastki napędzajaca silniki rakietowe, niepraktyczna przy zasilaniu układów elektr. – przyp. clrk.)

Dla wielu misji energia słoneczna w zupełności wystarcza. Do takich zastosowań zaliczamy misje okołoziemskie, niektóre misje księżycowe czy inne w obszarze dogodnego działania promieni słonecznych. Jednak by poznać Wszechświat potrzeba wypuścić się dalej, do miejsc dalszych, bardziej ekstremalnych, z deficytem bądź też nieregularnością w dostawie słonecznego ciepła. W takich właśnie miejscach niezastąpiona jest energia jądrowa.

Technologia radioizotopowych systemów elektrycznych, wykorzystywanych od lat 60. ubiegłego wieku polega na konwersji ciepła wydzielanego podczas naturalnego rozpadu izotopów w energie elektryczną.

Wybór pomiędzy energią jądrową i słoneczną zależy głównie od miejsca misji i wymogów przed jakimi stoi. W tych gdzie cele do realizacji wymagają stałej niezależnej od Słońca energii wykorzystuje się moc atomu.

Możliwości energii radioizotopowej

-systemy te są zwarte, kompaktowe i wytrzymałe

-niezawodne, praktycznie bezawaryjne

-możliwe do wykorzystania w długich misjach, gdyż produkują prąd niezależnie od zmian środowiska

-niezastąpione w misjach bardzo odległych, gdzie panele słoneczne nie byłyby w stanie dostarczyć potrzebnej energii

– produkuje dodatkowo ciepło, które jest w stanie utrzymać w optymalnej temperaturze aparaturę pokładową

Historia zastosowań radioizotopowych generatorów termoelektrycznych (RTG)

Energia radioizotopowa już przez wiele lat pozwalała Amerykańskiej Agencji Kosmicznej odkrywać głębokie, ciemne zakamarki ziemskich okolic kosmosu. Misje Apollo na Księżyc, Vikingów na Marsa, Pioneerów, Voyagerów, sondy Cassini i New Horizons do zewnętrznego Układu Słonecznego – wszystkie używały RTG.

Złotymi zgłoskami zapisała się trzydziestoletnia praca Pioneera 10, który wysyłał znaki życia do roku 2003, kiedy to sygnał był już za słaby by można go było wyczuć na Ziemi. Również wystartowane w 1977 statki Voyager 1 i 2 zasilane są energią nuklearną, sondy do dziś działają i teraz docierają do granicy układu słonecznego – kwestia miesięcy by dotarły do przestrzeni międzygwiezdnej. Współczesnym przykładem wykorzystania energii nuklearnej są łaziki MER – ich elektronika ogrzewana jest radioizotopami ([ptrzebne źródło – clrk).

Co warto zaznaczyć we wszystkich misjach realizowanych przez NASA systemy RPS (Radioisotope Power Systems) działały tak jak się spodziewano, nie były nigdy powodem niepowodzenia misji, nigdy nie uległy awarii.

Jakkolwiek były bezusterkowe, Amerykanie za każdym razem zabezpieczali je przed dostaniem materiału promieniotwórczego do środowiska ziemskiego. Początkowo w satelitach wyposażonych w RTG, materiał radioaktywny spalał się przy awaryjnym wejściu w atmosferę. Później budowany był tak by mógł przetrwać i zabezpieczony powrócić na Ziemię.

MMRTG – źródło zasilania MSL

Najnowszy radioizotopowy termogenerator NASA, zaprojektowany i wyprodukowany przez Boeinga: MMRTG (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator; z ang.: Wielomisyjny radioizotopowy generator termoelektryczny) to projekt systemu nowej generacji, który ma być wykorzystany do różnorakich misji kosmicznych. Został zaprojektowany modułowo, by zwiększyć jego elastyczność i możliwość wdrożenia do zróżnicowanych zadań. Celem było zbudowanie urządzenia wysoce bezpiecznego, pracującego powyżej 14 lat, minimalizując przy tym jego wielkość i wagę.

Obrazek

źródło: NASA (klik otworzy stronę na której autor oparł artykuł)

Zasada działania RTG

RTG pracuje konwertując ciepło powstałe z promieniotwórczego rozpadu na prąd. Cały system składa się z dwóch zasadniczych elementów: materiału radioaktywnego jako źródła ciepła i termopar zmieniających ciepło na energię elektryczną.

Zjawisko konwersji ciepła na prąd wykorzystywane obecnie na szeroką skalę zostało odkryte przez niemieckiego naukowca Thomasa Seebecka. Zauważył on, że gdy mamy dwa różne przewodniki złączone razem w obwód i parę styków, z których każdy znajduje się w innych temperaturach, wówczas w obwodzie generuje się prąd elektryczny.

W MMRTG termopary używają ciepła pochodzącego z naturalnego rozpadu Plutonu-238. Dokładniej źródłem ciepła nie jest czysty Pluton a dwutlenek Plutonu, do niego przyłączone jest „ciepłe” złącze termopary. „Zimne” złącze przyłączone jest do radiatora aparatu i wykorzystuje temperaturę panującą na zewnątrz.

Źródło ciepła generatora składa się z ośmiu modułów, które zawierają łącznie prawie 5 kg dwutlenku plutonu-238. System zapewni początkowo energię cieplną o mocy 2000 watów i energię elektryczną o mocy 120 watów.

Generator ma rozmiary 64 cm średnicy i 66 cm długości. Całkowita masa MMRTG wynosi 43 kg.

Generator w kontekście MSL

MMRTG znajduje się z tyłu korpusu łazika, razem z radiatorami. Warto nadmienić, że łazik nie jest zasilany bezpośrednio z generatora, ale generator ładuje baterie chemiczne dostosowane do wielokrotnego ładowania, z których to dopiero pobierana jest energia.

(rafalgrm)

Źródła:

http://nuclear.gov/pdfFiles/MMRTG.pdf – broszura nt MMRTG

http://solarsystem.nasa.gov/rps/overview.cfm – strona poświęcona technologiom zasilania radioizotopami

Reklamy

5 thoughts on “Elektrownia łazika MSL

  1. Zastanawiam się po co ładować baterie chemiczną zamiast bezpośrednio czerpać energię z RTG obniżyło by to przecież wagę to raz po drugie podczas takiego ładowania powstają duże straty energii no i zostaje jeszcze kwestia żywotności baterii chemicznej co wy na to

    • Witamy na stronie:)
      Odpowiedź znalazłem w tym dokumencie. Niektóre urządzenia potrzebują więcej niż 120W mocy które jest w stanie dostarczyć RTG. Stąd konieczność wyposażenia Curiosity w ciężkie litowo-jonowe akumulatory.

  2. Pingback: Po lądowaniu: sol 2 | misja:MARS

  3. Pingback: Historia poznawania Marsa (część 4) | misja:MARS

  4. Pingback: Aktualności Curiosity: Listopad | misja:MARS

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s