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Diagrama de un MMRTG.

El generador termoeléctrico de radioisótopos de múltiples misiones (MMRTG) es un tipo de generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) desarrollado para misiones espaciales de la NASA [1] como el Laboratorio de Ciencias de Marte (MSL), bajo la jurisdicción de la Oficina de Sistemas de energía espacial y de defensa dentro de la Oficina de Energía Nuclear . El MMRTG fue desarrollado por un equipo industrial de Aerojet Rocketdyne y Teledyne Energy Systems .

Antecedentes [ editar ]

Las misiones de exploración espacial requieren sistemas de energía seguros, confiables y de larga duración para proporcionar electricidad y calor a las naves espaciales y sus instrumentos científicos. Una fuente de energía con capacidad única es el generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG), esencialmente una batería nuclear que convierte de manera confiable el calor en electricidad. [2] el poder de radioisótopos se ha utilizado en ocho misiones de órbita terrestre, ocho misiones a los planetas exteriores, y los Apollo misiones después de Apolo 11 a la luna. Las misiones del Sistema Solar exterior son Pioneer 10 y 11 , Voyager 1 y 2 , Ulysses , Galileo , Cassini yMisiones New Horizons . Los RTG en Voyager 1 y Voyager 2 han estado operando desde 1977. [3] En total, durante las últimas cuatro décadas, Estados Unidos ha lanzado 26 misiones y 45 RTG.

Función [ editar ]

Los pares termoeléctricos de estado sólido convierten el calor producido por la desintegración natural del radioisótopo plutonio-238 en electricidad . [4] El principio de conversión física se basa en el efecto Seebeck , que obedece a una de las relaciones recíprocas de Onsager entre flujos y gradientes en sistemas termodinámicos. Un gradiente de temperatura genera un flujo de electrones en el sistema. A diferencia de los paneles solares fotovoltaicos , los RTG no dependen de la energía solar , por lo que pueden utilizarse para misiones en el espacio profundo.

Historia [ editar ]

En junio de 2003, el Departamento de Energía (DOE) otorgó el contrato MMRTG a un equipo dirigido por Aerojet Rocketdyne. Aerojet Rocketdyne y Teledyne Energy Systems colaboraron en un concepto de diseño MMRTG basado en un diseño de convertidor termoeléctrico anterior, SNAP-19 , desarrollado por Teledyne para misiones de exploración espacial anteriores. [5] Los SNAP-19 impulsaron las misiones Pioneer 10 y Pioneer 11 [4] , así como los módulos de aterrizaje Viking 1 y Viking 2 .

Diseño y especificaciones [ editar ]

El MMRTG funciona con ocho módulos de fuente de calor de uso general (GPHS) de dióxido de Pu-238 , proporcionados por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). Inicialmente, estos ocho módulos GPHS generan aproximadamente 2 kW de potencia térmica.

El diseño MMRTG incorpora pares termoeléctricos PbTe / TAGS (de Teledyne Energy Systems ), donde TAGS es un acrónimo que designa un material que incorpora telurio (Te), plata (Ag), germanio (Ge) y antimonio (Sb). El MMRTG está diseñado para producir una potencia eléctrica de 125 W al inicio de la misión, que se reduce a unos 100 W después de 14 años. [6] Con una masa de 45 kg [7], el MMRTG proporciona aproximadamente 2,8 W / kg de energía eléctrica al comienzo de su vida.

El diseño MMRTG es capaz de operar tanto en el vacío del espacio como en atmósferas planetarias, como en la superficie de Marte. Los objetivos de diseño del MMRTG incluían garantizar un alto grado de seguridad, optimizar los niveles de potencia durante una vida útil mínima de 14 años y minimizar el peso. [2]

Uso en misiones espaciales [ editar ]

El generador termoeléctrico de radioisótopos de múltiples misiones del Laboratorio Científico de Marte .

Curiosity , el rover MSL que aterrizó con éxito en el cráter Gale el 6 de agosto de 2012, utiliza un MMRTG para suministrar calor y electricidad a sus componentes e instrumentos científicos. La energía confiable del MMRTG le permitirá operar durante varios años. [2]

El 20 de febrero de 2015, un funcionario de la NASA informó que hay suficiente plutonio disponible para la NASA para alimentar tres MMRTG más como el utilizado por el rover Curiosity . [8] [9] Uno ya está comprometido con el Mars 2020 y su rover Perseverance . [8] Los otros dos no han sido asignados a ninguna misión o programa específico, [9] y podrían estar disponibles a fines de 2021. [8]

Un MMRTG se lanzó con éxito al espacio el 30 de julio de 2020, a bordo de la misión Mars 2020 , y ahora se está utilizando para suministrar calor y energía al equipo científico del rover Perseverance . El MMRTG utilizado por esta misión es el F-2 construido por Teledyne Energy Systems, Inc. y Aerojet Rocketdyne bajo contrato con el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) con una vida útil de hasta 17 años. [10]

La próxima misión Dragonfly de la NASA a Titán, la luna de Saturno , utilizará uno de los dos MMRTG para los que el equipo de Aerojet Rocketdyne / Teledyne Energy Systems ha recibido recientemente un contrato. [11] El MMRTG se usará para cargar un conjunto de baterías de iones de litio y luego usará esta fuente de densidad de potencia más alta para volar un helicóptero cuádruple en saltos cortos sobre la superficie de la luna. [12]

Costo [ editar ]

El MMRTG tuvo un costo estimado de US $ 109,000,000 para fabricar y US $ 83,000,000 para investigación y desarrollo. [13] A modo de comparación, la producción y el despliegue del GPHS-RTG fue de aproximadamente 118 millones de dólares estadounidenses .

Ver también [ editar ]

  • Generador avanzado de radioisótopos Stirling
  • Energía nuclear en el espacio
  • Generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG)
  • Efecto termoeléctrico :
    • Efecto Seebeck : conversión de un gradiente de temperatura en una corriente eléctrica
    • Efecto Peltier : conversión de una corriente eléctrica en un gradiente de temperatura
    • Efecto Thomson : calentamiento o enfriamiento de un conductor portador de corriente con un gradiente de temperatura

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Sistemas de energía de radioisótopos para la exploración espacial" (PDF) . Marzo de 2011 . Consultado el 13 de marzo de 2015 .
  2. ^ a b c  Este artículo incorpora  material de dominio público del documento de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio : "Generador termoeléctrico de radioisótopos de múltiples misiones de sistemas de energía de radioisótopos espaciales" (PDF) . Consultado el 5 de julio de 2016 . (pdf) Octubre de 2013
  3. ^ Bechtel, Ryan. "Misiones de radioisótopos" (PDF) . Departamento de Energía de EE. UU. Archivado desde el original (PDF) el 1 de febrero de 2012.
  4. ^ a b SNAP-19: Pioneer F & G, Informe final , Isótopos de Teledyne, 1973
  5. ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 16 de diciembre de 2011 . Consultado el 21 de noviembre de 2011 . Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
  6. ^ http://pdf.aiaa.org/preview/CDReadyMIECEC06_1309/PV2006_4187.pdf
  7. ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2 de febrero de 2014 . Consultado el 22 de abril de 2013 . Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
  8. ↑ a b c Leone, Dan (11 de marzo de 2015). "Reserva de plutonio de Estados Unidos es buena para dos baterías nucleares más después de Marte de 2020" . Noticias espaciales . Consultado el 12 de marzo de 2015 .
  9. ↑ a b Moore, Trent (12 de marzo de 2015). "La NASA sólo puede fabricar tres baterías más como la que alimenta el rover de Marte" . Blastr . Consultado el 13 de marzo de 2015 .
  10. ^ Campbell, Colin. "El rover Mars 2020 de la NASA, Perseverance, se lanzará al espacio el jueves con una fuente de energía construida en Hunt Valley" . Baltimore Sun . Consultado el 16 de febrero de 2021 .
  11. ^ "Aerojet Rocketdyne recibe contrato de hasta dos MMRTG más para futuras misiones de exploración del espacio profundo" . Bloomberg . Consultado el 16 de febrero de 2021 .
  12. ^ " " Libélula: nave espacial de propulsión nuclear más nueva de la NASA " " . Más allá de NERVA . 9 de julio de 2019 . Consultado el 28 de octubre de 2020 .
  13. ^ "Comparación de costos en dólares de 2015 para sistemas de energía de radioisótopos - Cassini y Mars Science Laboratory" . Julio de 2016. OSTI 1364515 . Consultado el 30 de julio de 2020 .  Cite journal requiere |journal=( ayuda )

Enlaces externos [ editar ]

  • Sitio web de NASA Radioisotope Power Systems - página RTG
  • Página MMRTG del Laboratorio Nacional de Idaho con un "recorrido virtual" basado en fotografías
  • DOE producirá nuevo plutonio-238 en 2019