NASA má stoletý zdroj energie pro kosmické sondy

Vesmírné sondy létající do hlubokého vesmíru často pohání malý jaderný zdroj energie – radioizotopový termoelektrický generátor (RTG). NASA nyní oznámila vývoj nové generace těchto generátorů s mnohem vyšší účinností a výdrží.

RTG generátor je v podstatě vrstvený kovový válec s radioaktivním materiálem – nejčastěji izotopem plutonia-238 s poločasem rozpadu 87,7 roku. Plutonium-238 se jako radioaktivní prvek samovolně rozpadá za přítomnosti silného vyzařování jader hélia 4 (dva protony a dva neutrony).

Poločas rozpadu znamená, že polovina všech jader plutonia-238 se rozpadne na uran-234 (poločas rozpadu 246 000 let).

Právě kinetickou energii letících jader hélia 4 lze využít nejen k ohřívaní sondy, ale pomocí termočlánků také přeměnit na elektrickou energii. Například marsovské vozítko Curiosity veze 4,8 kg plutonia, které každou sekundu vyšle do okolí 2700 bilionů jader hélia 4 – to stačí ke generování 125 W elektrické energie a 2000 W tepelné energie.

NASA, resp. její Laboratoř proudového pohonu JPL (Jet Propulsion Laboratory), nyní pracuje na vylepšené verzi RTG generátoru.

Nově vyvíjený Vylepšený radioizotopový generátor eMMRTG (Enhanced Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator ) vykazuje až o 25 % větší účinnost než původní RTG.

Podle simulací bude mít sonda osazená eMMRTG po 17 letech o 50 % více energie. Díky tomu je možné ušetřit množství drahoceného plutonia a zároveň prodloužit délku mise budoucích sond.

“S více efektivním termoelektrickým systémem můžeme použít méně plutonia. Můžeme jít dále, po delší dobu a dovolit si více věcí,” komentuje vývoj eMMRTG Sabah Bux, technoložka pracující na projektu v JPL.

Tajemstvím úspěchu eMMRTG je využití speciálních materiálů nazvaných skutterudity (podle norské lokality Skutterud). Jedná se o světle šedý až cínově bílý nerost arzenidu kobaltu. Skutterudity patří v současné době celosvětově mezi nejstudovanější materiály vůbec.

Není divu, jedná se o materiál se stejnou vodivostí, jako kovy, ale zahřívá se podobně, jako sklo. Takové vlastnosti jsou ideální pro konstrukci nové generace vysoce účinných elektrických termočlánků.

V současné době představuje odpadní teplo přibližně 60 % veškeré celosvětové spotřebované energie. Nová generace termočlánků tak v budoucnu může výrazně snížit světovou spotřebu energie.

Uvažuje se například o použití skutteruditů pro výrobu výfukového potrubí hybridních automobilů. Takové potrubí dokáže přeměnit odpadní teplo výfukových plynů na elektrickou energii.

Stejně tak lze využít skutterudity tam, kde je vyžadováno při výrobě obrovské množství tepla – například při výrobě skla, keramiky nebo dokonce solárních článků.

“Pokud někde vzniká odpadní teplo, skutterudity mohou být použity pro vylepšení účinnosti a přeměnit teplo na použitelnou elektrickou energii,” říká Thierry Caillat, vedoucí projektu výzkumu nových termočlánku v JPL.

Pokud půjde výzkum nových termočlánků dobře, poslouží eMMRTG generátory k pohonu sond v rámci programu New Frontiers. V rámci programu se počítá například s přistáním na povrch Venuše nebo s vysláním sondy, která získá a dopraví na Zemi vzorek prachu z jádra komety.