NASA heeft groen licht gegeven aan een project van het Rochester Institute of Technology om een kernenergiebron te ontwikkelen die tien keer kleiner is dan de bronnen die momenteel worden gebruikt voor planetaire missies.
De meeste satellieten die tegenwoordig in gebruik zijn, worden aangedreven door zonnepanelen die zonlicht omzetten in elektriciteit door fotonen te absorberen en een potentiële onbalans te creëren in de materialen van de paneelcellen die de elektrische stroom genereren. Deze panelen doen hun werk heel goed, maar in de diepe ruimte voorbij de baan van Mars, of in barre omstandigheden zoals stofstormen op Mars of de lange nachten op de maan, kan zonlicht simpelweg niet de benodigde energie produceren.
Als alternatief hebben veel ruimtevaartuigen multi-mission radio-isotope thermal generators (MMRTG's) aan boord, die een temperatuurgradiënt gebruiken om elektriciteit op te wekken. Met andere woorden, de radio-isotoop produceert warmte en de thermokoppels zetten deze direct om in elektriciteit. Dit principe is bekend bij ingenieurs en wordt op aarde veel gebruikt voor zaken als kerosine-aangedreven radio's en ovens die ook mobiele apparaten kunnen opladen.
Het probleem met MMRTG's is dat ze relatief omvangrijk zijn. Het paar dat wordt gebruikt op NASA's Perseverance-rover heeft bijvoorbeeld een diameter van 64 cm, een lengte van 66 cm en een gewicht van 45 kg. Elk van hen bevat 4,8 kg plutoniumdioxide als brandstof, dat warmte levert aan thermokoppels in vaste toestand tijdens het verval van radioactieve elementen.
Als gevolg hiervan zijn deze MMRTG's ontworpen voor zeer grote ruimtevaartuigen en is Perseverance zo groot als een SUV. Dit komt omdat het gebruikte systeem slechts een bepaald vermogen heeft, wat een maat is voor het aantal watt vermogen dat per machine kan worden geproduceerd. Een gezinsauto heeft een specifiek vermogen van 50 tot 100 W/kg, terwijl een straaljager ongeveer 10 W/kg heeft. MMRTG daarentegen heeft een verhouding van ongeveer 000 W/kg.
Door rekening te houden met de grootte, het gewicht en de kracht (SWaP) thermodynamica van een mogelijk apparaat, hoopt het NASA-project deze verhouding met een orde van grootte te verminderen tot 3 W/kg, met een even significante vermindering van het volume.
Dit wordt bereikt door een nieuw principe te gebruiken, dat in wezen een omgekeerd werkend zonnepaneel is. Wanneer een zonnepaneel licht absorbeert, wordt een deel ervan omgezet in elektriciteit en het meeste in warmte. De nieuwe radio-isotoop-stroombron werkt volgens het principe van een thermoradiatief element, waarbij warmte in de vorm van infrarood licht een paneel raakt met elementen gemaakt van indium, arseen, antinomie en fosfor in verschillende combinaties. Hierdoor ontstaat een potentiaalverschil met de tegengestelde polariteit van wat in zonnecellen voorkomt.
Kortom, een thermostralingselement wekt elektriciteit op uit warmte en geeft de verbruikte energie vrij in de vorm van infraroodfotonen. Dit werkt niet alleen in de omgekeerde richting van het zonnepaneel, maar is ook veel efficiënter. Het resultaat is een nieuwe warmtestralingsgenerator (TRG).
Als deze nieuwe technologie in de praktijk kan worden gebracht, betekent dit dat toekomstige missies naar Jupiter en verder, of naar de permanent in de schaduw gestelde kraters van de poolgebieden van de maan, ruimtevaartuigen van CubeSat-formaat met kleine generatoren kunnen gebruiken om ze van alle de kracht die ze nodig hebben.
Ook interessant: