Miniatúrne nukleárne generátory dostanú CubeSaty do hlbokého vesmíru

Väčšina satelitov, aj medziplanetárnych sond používa ako zdroj elektrickej energie fotovoltické solárne panely. Je to účinné a efektívne riešenie pre obežnú dráhu Zeme, aj pre lety k vnútorným planétam Slnečnej sústavy, prípadne k asteroidom. Ale pri misiách do hlbokého vesmíru – k vonkajším planétam, či ešte ďalej – sa jeho výhody strácajú. To isté platí aj pre sondy a rovery na povrchu Marsu. Intenzita slnečného žiarenia je tu podstatne nižšia, než na Zemi a prachové búrky zanášajú povrch solárnych článkov, čo môže spôsobiť až ich nefunkčnosť. Možno je to aj dôvodom, prečo sa odmlčal čínsky marsovský rover Zhurong.

Ani počas štrnásťdňových nocí na Mesiaci sa rovery a budúci osadníci nebudú môcť spoliehať na slnečné svetlo. Preto čínsky lunárny rover Yutu-2, ktorý operuje na odvrátenej strane Mesiaca, prechádza počas mesačnej noci do hibernácie.

NASA pre misie do hlbín slnečnej sústavy, aj v roveroch Curiosity a Perseverance využíva termoradiačné generátory (TRG), ktoré na ohrev termoelektrických článkov využívajú teplo z rozpadu rádioaktívnych prvkov (viď titulné foto). Dokážu fungovať aj desiatky rokov nezávisle na slnečnom žiarení, problémom je však ich veľkosť.

Konvenčné generátory MMRTG (multi-mission radioisotope thermal generator) použité v roveri Perseverance (zabudované sú dva) majú každý priemer 64 cm, dĺžku 66 cm a hmotnosť 45 kg. V každom z nich je uložených 4,8 kg oxidu plutónia v podobe paliva, ktoré dodáva teplo termočlánkom z rozpadu rádioizotopu. Veľkosť a hmotnosť nehrajú príliš veľkú rolu v prípade Perseverance, alebo Curiosity, ktoré majú rozmer osobného auta. Pri malých sondách triedy CubeSat sú však zásadnou prekážkou.

Aj preto NASA spustila projekt, ktorého cieľom je vývoj revolučného zdroja energie pre misie k vonkajším planétam s využitím termoradiačných článkov (TRC). Nové zariadenie, poháňané rádioizotopovým zdrojom tepla, umožní rádový nárast špecifického výkonu na jednotku hmotnosti z približne 3W/kg na ~30W/kg a zároveň zníženie objemu generátora o tri rády, čiže 1000x, z 212 dm³ na ~0,2 dm³ v porovnaní so súčasnými rádioizotopovými tepelnými generátormi MMRTG.

Umelecká predstava budúcich CubeSatov s termoradiačným pohonom.

Táto technológia umožní rozšírenie malých všestranných kozmických sond s energetickými požiadavkami, ktoré nespĺňajú fotovoltické panely alebo objemné a málo účinné MMRTG systémy. Tým sa otvorí cesta pre malé satelitné misie na vonkajšie planéty, ako aj operácie v permanentnom tieni, ako sú polárne krátery na našom Mesiaci.

Štúdia NASA bude skúmať termodynamiku a uskutočniteľnosť vývoja termoradiačného zdroja energie s podporou rádioizotopov so zameraním na veľkosť systému, hmotnosť, výkon a využitie identifikovaných materiálov vrátane InAsSb alebo InPSb pomocou epitaxie v plynnej organickej fáze.

Výskumníci sa zamerajú na termoradiačný konvertor na napájanie CubeSatu, alebo flotily CubeSatov, ktoré by mohli letieť spoločne s misiou vlajkovej sondy k planéte Urán. Tu by CubeSaty mohli fungovať ako retranslačné stanice signálov od atmosférických sond a tiež získavať zábery na planétu a jej mesiace z rôznych uhlov a pozícií.