İşte derin uzay için nükleer pilleri minyatürleştirmenin bir yolu

Bilim ve teknoloji ilerledikçe, uzay görevlerimizden giderek daha fazla sonuç vermelerini istiyoruz. NASA’nın MSL Curiosity ve Perseverance gezicileri bu gerçeği gösteriyor. Azim, teknolojilerin istisnai derecede mükemmel bir birleşimidir. Bu son teknoloji gezici araçlar, görevlerini yerine getirmek için çok fazla güce ihtiyaç duyar ve bu da hantal ve pahalı güç kaynakları anlamına gelir.

Uzay araştırmaları, giderek daha fazla enerjiye aç bir çabadır. Yörünge araçları ve uçuş görevleri, görevlerini en az Jüpiter kadar uzağa, güneş enerjisi kullanarak gerçekleştirebilirler. Ve iyon sürücüleri uzay aracını daha uzak bölgelere götürebilir. Ancak Jüpiter ve Satürn’ün uyduları gibi uzak dünyaları ve hatta daha uzaktaki Pluto’yu gerçekten anlamak için, tıpkı Mars’ta yaptığımız gibi, eninde sonunda onlara bir gezici indirmemiz ve/veya iniş yapmamız gerekecek.

Bu görevler çalışmak için daha fazla güç gerektirir ve bu genellikle MMRTG’ler (çok görevli radyoizotop termoelektrik jeneratörler) anlamına gelir. Ancak bunlar uzay aracı için istenmeyen üç özellik olan hantal, ağır ve pahalıdır. Her birinin maliyeti 100 milyon doların üzerinde. Daha iyi bir çözüm var mı?

Stephen Polly var olduğunu düşünüyor.

Polly, Rochester Teknoloji Enstitüsü’ndeki NanoPower Araştırma Laboratuvarlarında araştırma bilimcisidir. Çalışmaları, çoğumuzun muhtemelen hiç duymadığı bir şeye odaklanıyor: III-V malzemelerinin metalorganik buhar fazı epitaksisi (MOVPE) ile geliştirilmesi, büyümesi, karakterizasyonu ve entegrasyonu.

Bu, uzman olmayanlar için karmaşık görünse de, uzay meraklıları, tüm çalışmalarının yol açtığı fikirle kolayca bağlantı kurabilirler: uzay görevlerine güç sağlamak için potansiyel olarak yeni bir yol.

Polly, dış gezegenlere yapılan uzun yolculuklarda uzay aracına güç sağlamak için devrim niteliğinde bir yol üzerinde çalışıyor. Buna termoradyatif hücre (TRC) denir ve bir MMRTG’ye benzer. Güç kaynağı olarak bir radyoizotop kullanır.

Polly, metalorganik buhar fazlı epitaksi (MOVPE) adı verilen bir teknolojiye dayanır. İnce polikristalin filmler üretmek için kimyasal buharlar kullanır. Işık yayan diyotlar (LED’ler) gibi şeyler yapmak için optoelektronikte kullanılan endüstriyel bir süreçtir. Polly’nin çalışması, termoradyatif hücreler (TRC’ler) oluşturmak için MOVPE kullanıyor.

TRC’ler, MMRTG’lerin yaptığı gibi bir radyoizotop kullanır ve radyoaktif bozunmadan kaynaklanan ısıya dayanır, ancak bir fark vardır. Çürüme, daha sonra ışık yayan TRC’yi ısıtır. Işık daha sonra elektrik üreten bir fotovoltaik hücreye ulaşır. Bir MMRTG ve güneş enerjisi arasındaki bir kombinasyon gibi.

Ancak Polly’nin fikri çok daha küçük ve bu, uzay aracı mühendisliğinde kutsal bir kâse. “Bir radyoizotop ısı kaynağı tarafından çalıştırılan bu cihaz, kütleye özgü güçte (~30’a karşı ~3 W/kg) büyüklük sırası artışına ve hacimde üç büyüklük sırası düşüşüne (~0,2’ye karşı ~212) izin verecektir. L) geleneksel bir çok görevli radyoizotop termal jeneratöre (MMRTG) kıyasla,” Polly kısa bir basın açıklamasında açıkladı.

Polly, bu cihazların uzay araştırma faaliyetlerimizde devrim yaratmaya yardımcı olabileceğini yazıyor. Büyük güneş dizilerini açmaya veya hantal, ağır MMRTG’leri taşımaya ihtiyaç duymayan daha küçük uzay araçlarının çoğalmasına yol açabilir. Teknolojik gelişmeler sürekli olarak bilimsel yükleri küçültüyor, bu nedenle güç kaynağı onlarla birlikte küçülebilirse, CubeSats çok daha kullanışlı hale gelebilir.

Polly, “Bu, doğrudan dış gezegenlere küçük uydu görevlerinin yanı sıra kutup ay kraterleri gibi kalıcı gölgelerdeki operasyonları mümkün kılacak” diye açıklıyor. Teknolojinin ilk kullanımı, Uranüs’e bir görevde olabilir. “Bir Amiral Gemisi Uranüs göreviyle birlikte gidebilen, atmosferik sondalar için bilgi aktarma görevi görme ve gezegenin ve ayların paralaks görüntüsünü elde etme gibi görevleri yerine getirebilen bir CubeSat’a (veya CubeSats filosuna) güç sağlamak için bir termoradyatif dönüştürücüyü analiz edeceğiz. ”

Doğayı keşfetmek için güneş sistemine uzay aracını gönderdiğimizde, yolculuk için hepimiz hazırız – ya da en azından akıllarımız ve hayal gücümüz -. Polly’nin çalışması meyvesini verirse ve uzay aracı daha küçük, daha etkili enerji kaynaklarıyla inşa edilebilirse, yolculuk daha da ilginç hale gelecek.

Polly’nin fikri, NASA Yenilikçi Gelişmiş Kavramlar Programı olan NIAC’ta Birinci Aşama Seçimidir. Fikri daha da geliştirmek için fon aldı.