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Multi-Mission Générateur thermoélectriques radio-isotopiques
Le MMRTG utilisé pour la mission Mars Science Laboratory, avant d'être monté sur le curiosité

la Multi-Mission Générateur thermoélectriques radio-isotopiques (MMRTG) Est un type de générateur thermoélectrique radio-isotope, développé par NASA et Laboratoire Jet Propulsion, en partenariat avec Département de l'énergie aux États-Unis. Il a été développé au pouvoir missions spatiales Nouvelle génération américaine en espace profond.[1]

vue d'ensemble

Un générateur thermoélectrique à radioisotope (RTG) est essentiellement une « pile nucléaire » qui convertit le chaleur en électricité. La NASA et le ministère de l'Énergie (DOE) ont mis au point une nouvelle génération de systèmes d'énergie qui peuvent être utilisés dans une variété de missions.[2][3] la Multi-Mission Générateur thermoélectriques radio-isotopiques (MMRTG), il a été conçu spécifiquement pour fonctionner sur Mars et vide la espace. Il a une conception modulaire flexible capable de répondre aux besoins d'une grande variété de missions, étant donné que génère de l'électricité avec un puissance moins que les générations précédentes de RTG, avec environ 110 W au lancement.[4] Les objectifs de conception comprennent des niveaux de puissance sont optimisés pour une durée de vie minimale de 14 âge et d'assurer un degré élevé de sécurité. La première date dans l'espace RTG retour dans 1961, et depuis 46 d'entre eux a volé à bord de 27 missions spatiales.[5] Cette source d'électricité a permis à la NASA pour explorer la système solaire pendant quatre décennies environ, continue encore, y compris les missions Apollon sur lune[6], la viking[7] et curiosité[8] sur Mars, et pionnier[9], la voyageur[10], l 'Ulysse[11], la Galileo[12], la Cassini[13] et nouveaux Horizons[14], dirigé vers le Système solaire externe. Le RTG Pioneer 10 fonctionne impeccablement pendant 3 décennies, jusqu'à ce que le signal de sonde est devenu faible à un point tel qu'il ne peut pas être détectée plus par 2003.[15] le spectaculaire Voyager 1 et 2, fonctionnant avec RTG depuis son lancement en 1977, continuer à fonctionner, avec le Voyager 1, qui est la première sonde jamais construit par l'homme d'avoir atteint le l'espace interstellaire.[16] Alors que RTG n'a jamais été la cause d'un problème à un vaisseau spatial, ils étaient au bord de 3 missions qui ont échoué pour d'autres raisons. Dans tous ces cas, la RTG a parfaitement fonctionné comme prévu.[17][18][19]

Construction et exploitation d'un MMRTG

Le travail RTG en convertissant la chaleur à partir de désintégration de radioisotopes en électricité. La RTG se composent de deux éléments principaux: une source de chaleur, qui contient 238Pu, et thermocouples à à l'état solide, qui convertissent la chaleur en raison de la désintégration d'un « carburant » (dans ce cas, le plutonium) en électricité. La conversion de chaleur en électricité est un principe scientifique découvert il y a 150 ans par le scientifique allemand Johann Seebeck. En effet, il fait remarquer que si deux des matériaux conducteurs plusieurs ont été unis dans un circuit fermé, et si leurs articulations sont appliquées températures différent, il a pris naissance un différence de potentiel.[20] Ces paires de jonctions ont été appelés thermocouples (ou thermocouples, ou TE).

Intérieur d'un MMRTG

Le MMRTG est conçu pour utiliser une source de chaleur se compose de 8 modules Objectif général Source de chaleur (RGPH). Le GHPS sont le bloc de base de la sécurité dans les systèmes alimentation en carburant radioisotopes. Ils sont aussi grands comme monnaie 1 centième, environ 2,54 x 3,30 cm, avec masse de 39,69 g chacun.[21] Chaque GHPS est constitué par un pastille de PuO2, rouge-orange en raison de la chaleur produite par sa la désintégration alpha, encapsulé dans un revêtement tout 'iridium, elle-même contenue dans un écran de graphite. Enfin, l'ensemble est placé dans un bouclier la fibre de carbone. Un AeroShell contient deux de ces solutions, et est associée à d'autres AeroShell 7 pour former les unités de carburant nécessaire pour générer la tension.[22]

Multi-Mission Générateur thermoélectriques radio-isotopiques
La structure d'un GHPS dans MMRTG

Un MMRTG contient un total de 4,8 kg dioxyde de plutonium (238Pu + O2 → PuO2), Qui fournissent initialement 2 kW énergie thermique, converti à 110 W puissance électrique, avec rendement 6.3%. La tension DC, produit par ce générateur est de 23-36 V.[23] Plusieurs matériaux thermoélectriques (PbSnTe, balises et PbTe) ont démontré une capacité et durée de vie prolongée, et sont les mêmes que ceux utilisés sur les deux sondes viking qui a atterri sur Mars en 1976. Les thermocouples, dans un MMRTG, sont constitués par conduire et tellure.

Un générateur de ce type a un diamètre d'environ 64 cm (à partir de la pointe d'une ailette), et est haut 66 cm, avec un masse 45 kg.[1]

Fonctions de sécurité

En MMRTG le carburant est maintenue à un taux de vaporisation très faible, ce qui limite la production de poudres perméable à l'air, et est très insoluble. Son revêtement est iridium, qui l'empêche contamination, protection contre les chocs et la résistance à corrosion, en plus d'avoir un haut point de fusion, à savoir 2400 ° C, et il est résistant à une charge pyrotechnique de 6 kg.[21][23]

Le contrôle au sol

Le MMRTG peut être contrôlé sur le terrain par le logiciel Degra, développé à Laboratoire Jet Propulsion. Merci à sa GUI vous pouvez prédire les performances de MMRTG, y compris sa dégradation temps, à partir des données prédéfinies de l'état initial du générateur. Le logiciel est disponible site de la NASA uniquement à des fins gouvernementales, il n'est pas disponible public.[24][23]

Multi-Mission Générateur thermoélectriques radio-isotopiques
Le MMRTG à bord du Mars Science Laboratory sur Mars, photographié avec la caméra MAHLI

Mars Science Laboratory

La première mission de la NASA pour transporter un MMRTG est le rover Mars curiosité, qui a atterri sur Mars le 6 Août 2012, après le lancement en Novembre 2011.[25] La curiosité, le rover le plus grand et le plus puissant jamais lancé sur un autre planète, Il a déjà atteint son objectif principal, à savoir de déterminer que son site d'atterrissage, cratère Gale, il a accueilli vie dans le passé antique. Seulement dans sa première année sur Mars, Curiosité a fourni plus de 190 GBit données, en envoyant plus de 36700 images complète et 35000 miniatures, effectuer plus de 75000 allumages laser pour étudier la composition de nombreuses cibles géologique, et il a collecté et analysé des matériaux de échantillonnage 2 roches martiennes, en plus d'avoir parcouru plus de 1,6 km.[26]

caractéristiques

Toujours signaler l'unité Mars Science Laboratory[21]

composants quantité
modules 8
fed Coatings 32
propriétés radiologiques Quantité (au début d'une mission)
Niveau d'activité (total) 60000 là
238Pu 3,478 kg
Pu (total) 4,103 kg
La demi-vie du carburant 87,75 ans
Niveau de puissance Quantité (au début d'une mission)
puissance thermique 1975 W
puissance électrique en sortie 110 W
paramètres physiques quantité
Masse de MMRTG 43,6 kg
Longueur / diamètre 66,8 cm / 64,2 cm
durée de vie Dans la plupart des 14 ans

Le Multi-Mission thermoélectriques radio-isotopiques Générateur amélioré (eMMRTG)

EMMRTG-Detailed.png

Le concept de eMMRTG conserverait toutes les fonctionnalités de MMRTG, son volume, son interfaces et les points de montage, offrant des améliorations significatives dans 'alimentation, une augmentation de 25% de puissance au début de chaque mission et les 50% qui est disponible après 14 ans.[27][28][29]

Le eMMRTG remplacerait les thermocouples actuels MMRTG par de nouveaux dans skutterudite (SKD), en utilisant les technologies développées par JPL en collaboration avec la NASA depuis 20 ans, et en utilisant comme partenaire industriel fiable Teledyne Energy Systems et Aerojet Rocketdyne. En outre, il serait ajouté une couche d'oxyde sur la source de chaleur pour permettre une augmentation des températures dans les jonctions chaudes.[27][28][29]

Ci-dessous un tableau avec les principales différences entre une unité et un MMRTG eMMRTG.

MMRTG eMMRTG
No. modules BPH 8
thermocouples de type PbTe / TAGS SKD
Nombre de thermocouples 768
La température des jonctions chaudes 530 ° C 600 ° C
La température des jonctions froides 200 ° C
Puissance au début d'une mission 110 W ~ 145 W
puissance disponible après 14 ans 60 W 90 W
L'efficacité du système 6,3% 8%
puissance spécifique 2,8 W / kg 3,6 W / kg
missions employées Multi-missions
Temps de développement utilisé ~ 5 ans
futures missions MSL, Mars 2020 Europe, Programme de découverte et nouvelles frontières

Galerie d'images

notes

  1. ^ à b Multi-Mission radioisotopes générateur thermoélectrique (MMRTG) - NASA Fiche d'information (PDF) solarsystem.nasa.gov.
  2. ^ (FR) Espace et Défense Power Systems | Département de l'énergie, sur energy.gov. Récupéré 17 Avril, 2017.
  3. ^ À propos du programme RPS, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  4. ^ Générateur thermoélectriques radio-isotopiques (RTG), sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  5. ^ FAQ, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  6. ^ Expériences de surface Apollo, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  7. ^ Mars Viking Landers, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  8. ^ Mars Science Laboratory, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  9. ^ Pioneer 10 11, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  10. ^ Voyager 1 2, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  11. ^ Ulysse, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  12. ^ Galileo, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  13. ^ Cassini-Huygens, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  14. ^ nouveaux Horizons, sur Exploration du système solaire. Récupéré 17 Avril, 2017.
  15. ^ (FR) NASA - PIONEER 10 SPATIALE ENVOIE dernier signal, sur www.nasa.gov. Récupéré 17 Avril, 2017.
  16. ^ JPL.NASA.GOV, Voyager - La Mission Interstellar, sur voyager.jpl.nasa.gov. Récupéré 17 Avril, 2017.
  17. ^ http://www.astronautix.com/craft/transit.htm, sur www.astronautix.com. Récupéré 17 Avril, 2017.
  18. ^ Les RTG ont été retournés à Mound pour le démontage et le 238PuO2 carburant microsphère récupéré et réutilisé.
  19. ^ Est-ce que la NASA jamais récupérer le Plutonium Apollo 13 De la mer?, sur Txchnologist. Récupéré 17 Avril, 2017.
  20. ^ Magie, W. M. (1963). Un livre Source en physique. Harvard: Cambridge MA. pp. 461-464. Traduction partielle de Seebeck de "Magnetische Polarisation Erze der Metalle und durch-Temperatur Differenz."
  21. ^ à b c Multi-Mission radioisotopes générateur thermoélectrique (MMRTG) - Ryan Bechtel - États-Unis Département de l'énergie (PDF) nasa.gov.
  22. ^ NASASolarSystem, MMRTG transtension animation, 8 novembre 2013. Récupéré 17 Avril, 2017.
  23. ^ à b c Thermoélectriques: De l'espace à Power Systems Applications récupération de chaleur terrestre (PDF) energy.gov.
  24. ^ (FR) Détails logiciels, sur software.nasa.gov. Récupéré 17 Avril, 2017.
  25. ^ JPL, NASA Puissance - Mars Science Laboratory, sur mars.jpl.nasa.gov. Récupéré 17 Avril, 2017.
  26. ^ JPL, NASA Objectifs - Mars Science Laboratory, sur mars.jpl.nasa.gov. Récupéré 17 Avril, 2017.
  27. ^ à b Multi-Mission radioisotopes Générateur amélioré thermoélectriques (eMMRTG) Concept - NASA Fiche d'information (PDF) solarsystem.nasa.gov.
  28. ^ à b (FR) Tim C. Holgate, Russell Bennett et Tom Hammel, L'augmentation de l'efficacité du Multi-Mission Générateur thermoélectriques radio-isotopiques, en Journal of Electronic Materials, vol. 44, nº 6, 1 Juin 2015, pp. 1814-1821, DOI:10.1007 / s11664-014-3564-9. Récupéré 17 Avril, 2017.
  29. ^ à b (FR) mise à niveau évolutionnaire pour le générateur de thermoélectriques radio-isotopiques multi-missions (MMRTG) - Document IEEE Xplore, sur ieeexplore.ieee.org. Récupéré 17 Avril, 2017.

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