نسل جدید تاسواره‌ها برای مأموریت‌های سیاره‌ای آینده

به گزارش مجله خبری نگار/تکناک: اکثر ماهواره‌هایی که امروزه در خدمت هستند، انرژی خود را از پنل‌های خورشیدی تامین می‌کنند که نور خورشید را با جذب فوتون‌ها به الکتریسیته تبدیل می‌کنند تا یک عامل بالقوه برای عدم تعادل در مواد سلول‌های پانل برای تولید جریان الکتریکی ایجاد کنند.

این پانل‌ها کار خود را به خوبی انجام می‌دهند، اما در فضای عمیق فراتر از مدار مریخ یا در شرایط سخت، مانند طوفان‌های گرد و غبار مریخ یا شب‌های طولانی در ماه، نور خورشید به سادگی نمی‌تواند انرژی مورد نیاز را تامین کند.

به عنوان یک جایگزین، بسیاری از سفینه‌ها در اعماق فضا، ژنراتور‌های حرارتی رادیوایزوتوپ چند مأموریتی (MMRTG) را حمل می‌کنند که از گرادیان دما برای تولید برق استفاده می‌کنند. به عبارت دیگر، رادیوایزوتوپ گرما تولید می‌کند و ترموکوپل‌ها گرما را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. این اصولی است که برای مهندسان آشناست و به طور گسترده در زمین برای چیز‌هایی مانند رادیو‌های نفتی و اجاق‌های کمپ که می‌توانند دستگاه‌های تلفن همراه را نیز شارژ کنند، استفاده می‌شود.

مشکل MMRTG‌ها این است که نسبتاً حجیم هستند. به عنوان مثال، جفت مورد استفاده در مریخ نورد Perseverance ناسا، هر کدام ۲۵ اینچ (۶۴ سانتی متر) قطر، ۲۶ اینچ (۶۶ سانتی متر) طول و ۹۹ پوند (۴۵ کیلوگرم) وزن دارند. هر کدام از آن‌ها حاوی ۱۰.۶ پوند (۴.۸ کیلوگرم) شمع دی اکسید پلوتونیوم برای سوخت برای تامین گرما به ترموکوپل‌های حالت جامد در حین واپاشی عناصر رادیواکتیو هستند.

در نتیجه، این MMRTG‌ها برای فضاپیما‌های بسیار بزرگ در نظر گرفته شده اند، و برای Perseverance به اندازه یک SUV است. این به این دلیل است که سیستم مورد استفاده دارای جرم ویژه با توان بالایی است. این فاکتور نشان دهنده معیاری است که نشان می‌دهد چند وات توان در هر واحد یک دستگاه تولید می‌شود. یک خودروی خانوادگی دارای توان جرم ویژه ۵۰ تا ۱۰۰ وات بر کیلوگرم است، در حالی که یک هواپیمای جنگنده حدود ۱۰۰۰۰ وات بر کیلوگرم توان دارد. در مقابل، یک MMRTG نسبتی در حدود ۳۰ وات بر کیلوگرم دارد.

با نگاهی به ترمودینامیک اندازه، وزن و توان یک RTG احتمالی، پروژه ناسا امیدوار است که این نسبت را با یک دهم در حجم کاهش انجام دهد.

این کار با استفاده از یک اصل جدید انجام می‌شود که اساساً یک پنل خورشیدی به صورت معکوس کار می‌کند. هنگامی که یک پنل خورشیدی نور را جذب می‌کند، بخشی از آن به برق و بیشتر آن به گرما تبدیل می‌شود. منبع انرژی رادیوایزوتوپ جدید بر اساس ایده سلول حرارتی کار می‌کند، جایی که گرما به شکل نور مادون قرمز به صفحه‌ای با عناصر ساخته شده از ایندیم، آرسنیک، آنتینومی و فسفر در ترکیبات مختلف برخورد می‌کند. این یک اختلاف پتانسیل با قطبیت معکوس نسبت به آنچه در سلول‌های خورشیدی یافت می‌شود، ایجاد می‌کند.

به طور خلاصه، سلول حرارتی از گرما الکتریسیته تولید می‌کند و انرژی زائد را به شکل فوتون‌های مادون قرمز تخلیه می‌کند.

این روش نه تنها به صورت معکوس کار می‌کند، بلکه راندمان بالاتری نیز دارد. نتیجه یک ژنراتور جدید ThermoRadiative (TRG) است.

اگر بتوان این فناوری جدید را عملی کرد، به این معنی است که ماموریت‌های آینده به مشتری و فراتر از آن، یا به دهانه‌های همیشه تاریک مناطق قطبی ماه، می‌توانند از فضاپیما‌هایی به اندازه تاسواره‌ها (CubeSats) با ژنراتور‌های کوچک استفاده کنند که تمام نیروی مورد نیاز را به آن‌ها می‌دهد. این بدان معناست که برای مثال، مأموریت پرچمدار اورانوس می‌تواند با ناوگان کوچکی از CubeSats همراه باشد تا با ارائه ویژگی‌های بهتر یا عمل به عنوان رله‌های ارتباطی با کاوشگر‌های جوی به اکتشاف کمک کند.