El generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión (MMRTG) es un tipo de generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) desarrollado para misiones espaciales de la NASA [1] como el Mars Science Laboratory (MSL), bajo la jurisdicción de la Oficina de Energía del Departamento de Energía de los Estados Unidos. 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 .
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 excepcionalmente capaz es el generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG), esencialmente una batería nuclear que convierte de manera confiable el calor en electricidad. [2] La energía de radioisótopos se ha utilizado en ocho misiones en órbita terrestre, ocho misiones a los planetas exteriores y las misiones Apolo después del Apolo 11 a la Luna. Las misiones del Sistema Solar exterior son las misiones Pioneer 10 y 11 , Voyager 1 y 2 , Ulysses , Galileo , Cassini y New Horizons . Los RTG de la Voyager 1 y la Voyager 2 han estado funcionando desde 1977. [3] En total, durante las últimas cuatro décadas, Estados Unidos ha lanzado 26 misiones y 45 RTG.
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 , obedeciendo 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.
En junio de 2003, el Departamento de Energía (DOE) adjudicó el contrato MMRTG a un equipo liderado 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 .
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 alrededor de 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 teluro (Te), plata (Ag), germanio (Ge) y antimonio (Sb). El MMRTG está diseñado para producir 125 W de energía eléctrica al inicio de la misión, cayendo 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]
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 fue utilizado por 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 finales de 2021. [8]
Un MMRTG fue lanzado 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 en esta misión es el F-2 construido por Teledyne Energy Systems, Inc. y Aerojet Rocketdyne bajo contrato con el Departamento de Energía de Estados Unidos (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 cuales el equipo Aerojet Rocketdyne/Teledyne Energy Systems recibió recientemente un contrato. [11] El MMRTG se utilizará para cargar un conjunto de baterías de iones de litio y luego utilizará este suministro de mayor densidad de energía para volar un helicóptero cuádruple en saltos cortos sobre la superficie de Titán. [12]
La producción y el despliegue del MMRTG costaron aproximadamente 109.000.000 de dólares , y su investigación y desarrollo, 83.000.000 de dólares . [13] A modo de comparación, la producción y el despliegue del GPHS-RTG ascendieron aproximadamente a 118.000.000 de dólares estadounidenses .
Este artículo incorpora material de dominio público del generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión de Space Radioisotope Power Systems (PDF) . Administración Nacional de Aeronáutica y Espacio . Consultado el 5 de julio de 2016 .(pdf) Octubre 2013
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