Un generador de radioisótopos Stirling ( SRG ) es un tipo de generador de radioisótopos basado en un motor Stirling alimentado por una gran unidad de calentamiento de radioisótopos . El extremo caliente del convertidor Stirling alcanza una temperatura alta y el helio calentado impulsa el pistón, y el calor se rechaza en el extremo frío del motor. Un generador o alternador convierte el movimiento en electricidad. Dado el suministro muy limitado de plutonio , el convertidor Stirling se destaca por producir aproximadamente cuatro veces más energía eléctrica a partir del combustible de plutonio en comparación con un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG).
Los generadores Stirling fueron probados exhaustivamente en la Tierra por la NASA , pero su desarrollo se canceló en 2013 antes de que pudieran implementarse en misiones espaciales reales. Un proyecto similar de la NASA aún en desarrollo, llamado Kilopower , también utiliza motores Stirling, pero utiliza un pequeño reactor de fisión de uranio como fuente de calor.
El desarrollo de la tecnología de ciclo Stirling y Brayton se ha llevado a cabo en el Centro de Investigación Glenn de la NASA (anteriormente NASA Lewis) desde principios de la década de 1970. El motor de demostración espacial (SPDE) fue el primer motor de 12,5 kWe por cilindro que se diseñó, construyó y probó. Un motor posterior de este tamaño, el convertidor de potencia de prueba de componentes (CTPC), utilizó un cabezal calefactor de tubo de calor "Starfish", en lugar del circuito de bombeo utilizado por el SPDE. En el período de 1992-93, este trabajo se detuvo debido a la finalización del trabajo relacionado con el sistema de energía nuclear SP-100 y el nuevo énfasis de la NASA en sistemas y misiones "mejores, más rápidos y más económicos".
En 2020, un convertidor de potencia Stirling de pistón libre alcanzó los 15 años de funcionamiento acumulado sin mantenimiento ni degradación en el Laboratorio de Investigación Stirling en NASA Glenn. [1] [2] Esta duración es igual a la vida útil de diseño operativo del MMRTG y es representativa de los conceptos de misión típicos diseñados para explorar los planetas exteriores o incluso objetos del cinturón de Kuiper más distantes . Esta unidad, llamada Convertidor de demostración de tecnología (TDC) n.º 13, es el más antiguo de varios convertidores que no han mostrado signos de degradación. Desde 2017, el Programa de sistemas de energía de radioisótopos de la NASA en NASA Glenn ha seguido desarrollando varias tecnologías candidatas para el primer RPS dinámico que volará en el espacio, incluidos diseños basados en el TDC n.º 13, que batió récords, y el convertidor Stirling basado en cojinetes de gas que se utilizó en el ASRG. También se está desarrollando tecnológicamente un pequeño sistema turbo-Brayton. Han surgido varios diseños de generadores viables en el rango de 100 a 500 vatios del esfuerzo de desarrollo de tecnología de conversión dinámica en curso. En el corto plazo, una misión lunar de demostración que utilice un RPS dinámico como parte del Programa Artemis de la NASA podría ser la primera oportunidad para que un DRPS se utilice en un vuelo espacial. El uso del DRPS en una carga útil que aterrice en la Luna le permitiría sobrevivir y funcionar de manera productiva durante las gélidas noches lunares de dos semanas de duración o en cráteres permanentemente en sombra cerca de los polos lunares.
A principios del siglo XXI se emprendió un importante proyecto que utilizó este concepto: el Generador de Radioisótopos Stirling Avanzado (ASRG), una fuente de energía basada en un convertidor eléctrico de 55 vatios. [3] [4] [5] La fuente de energía térmica para este sistema era la Fuente de Calor de Propósito General (GPHS). Cada GPHS contenía cuatro pastillas de combustible Pu-238 revestidas de iridio , medían 5 cm de alto y 10 cm cuadrados y pesaban 1,44 kg. El extremo caliente del convertidor Stirling alcanzaba los 650 °C y el helio calentado impulsaba un pistón libre que se movía alternativamente en un alternador lineal, y el calor se rechazaba en el extremo frío del motor. La corriente alterna (CA) generada por el alternador se convertía entonces en 55 vatios de corriente continua (CC). Cada unidad ASRG utilizaría dos unidades de convertidor Stirling con aproximadamente 500 vatios de potencia térmica suministrada por dos unidades GPHS y entregaría entre 100 y 120 vatios de energía eléctrica. El ASRG se sometió a pruebas de calificación en NASA Glenn como fuente de energía para una futura misión de la NASA.
El ASRG fue diseñado en muchas propuestas de misiones en esta era, [6] pero fue cancelado en 2013, [7] debido a restricciones presupuestarias de la NASA. [8]