A radioisotope heater unit (RHU) is a small device that provides heat through radioactive decay.[1] They are similar to tiny radioisotope thermoelectric generators (RTG) and normally provide about one watt of heat each, derived from the decay of a few grams of plutonium-238—although other radioactive isotopes could be used. The heat produced by these RHUs is given off continuously for several decades and, theoretically, for up to a century or more.[2]
In spacecraft, RHUs are used to keep other components at their operational temperatures, which may be very different to the temperature of other parts of the spacecraft. In the vacuum of space any part of the spacecraft which doesn't receive direct sunlight will cool down so much that electronics or delicate scientific instruments break down. They are simpler and more reliable than other ways of keeping components warm, such as electric heaters.[2]
Most lunar and Martian surface probes use RHUs for heat, including many probes that use solar panels rather than RTGs to generate electricity. Examples include the seismometer deployed on the Moon by Apollo 11 in 1969, which contained 1.2 ounces (34 grams) of plutonium-238; Mars Pathfinder; and the Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity.[3] RHUs are especially useful on the Moon because of its lengthy and cold two-week night.
Virtually every deep space mission beyond Mars uses both RHUs and RTGs. Solar insolation decreases with the square of the distance from the Sun, so additional heat is needed to keep spacecraft components at nominal operating temperature. Some of this heat is produced electrically because it is easier to control, but electrical heaters are far less efficient than a RHU because RTGs convert only a few percent of their heat to electricity and reject the rest to space.
The Cassini–Huygens spacecraft sent to Saturn contained eighty-two of these units (in addition to three main RTGs for power generation). The associated Huygens probe contained thirty-five.
ISRO incluyó dos unidades calentadoras de radioisótopos desarrolladas por el Departamento de Energía Atómica (DAE) de la India en el módulo de propulsión de Chandrayaan-3 a modo de prueba, que funcionaron perfectamente. [4]
Las unidades calentadoras de radioisótopos para las misiones de la NASA han utilizado plutonio-238 [3] como isótopo como fuente de calor, ya que la vida media radiactiva de 87,7 años significa que la desintegración del isótopo no limitará la vida útil de la misión. El isótopo produce 0,57 vatios de potencia térmica por gramo de 238 Pu. [5]
Las misiones soviéticas han utilizado otros isótopos, como la fuente de calor Polonio-210 utilizada en los vehículos lunares Lunokhod . [6] [7] Con una vida media de aproximadamente 4 1⁄2 meses, Po-210 produce más energía térmica por unidad de masa, pero es adecuado sólo para misiones de menor duración. También se ha propuesto el estroncio-90 . [7]
Si bien tanto las RHU como los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) utilizan el calor de desintegración de un isótopo radiactivo, las RHU son generalmente mucho más pequeñas como resultado de omitir los termopares y los disipadores/radiadores de calor necesarios para generar electricidad a partir del calor. Tanto los RHU como los RTG cuentan con carcasas robustas y resistentes al calor para contener de forma segura el radioisótopo en caso de una falla del vehículo de lanzamiento o reingreso. La masa total de una RHU de un vatio (incluido el blindaje) es de unos 40 gramos. También se han utilizado esquemas similares, como los generadores termoiónicos .
El Departamento de Energía de los Estados Unidos ha desarrollado la fuente de calor de uso general (GPHS) principalmente para uso espacial. Estos GPHS se pueden utilizar individualmente o en grupos de hasta dieciocho para calentar componentes, pero se utilizan principalmente como fuente de calor para RTG. Cada GPHS contiene cuatro pastillas de combustible Pu-238 revestidas de iridio , que miden 5 cm de alto, 10 cm cuadrados y pesan 1,44 kg.
