تأمين برق در كاوشگر افقهاي جديد

[Sardar]

کاوشگر فضایی افقهای نو که به منظور ملاقات با لبه بیرونی منظومه شمسی عازم سفری 10 تا 15 ساله شده است، تفاوتی بنیادی با فضاپیماهای مرسومی که ما می شناسیم دارد. این کاوشگر 650 میلیون دلاری ناسا فاقد صفحات خورشیدی است. صفحات خورشیدی تقریباً در تمامی ماهواره ها و فضاپیماهای مرسوم موظف به تأمین چند کیلووات برق مورد نیاز آنها می باشند. اما كاوشگر افقهاي‌نو (New Horizons) براي رسيدن به پلوتو و كمربند كوئيپر بايد سفري 8 ميليارد كيلومتري را پشت سر بگذارد. در آن محدوده، خورشيد همانند ستاره‌اي كوچك ولي درخشان خواهد بود كه 1000 برابر كمتر از زمين فروغ دارد. نور خورشيد براي رسيدن به آن مكان چهار ساعت در راه خواهد بود. در آن مكان تاريك و سرد صفحات خورشیدی کارکرد خود را از دست خواهند داد و قادر به تأمين انرژي مورد نياز سفينه نخواهند بود.


در سياره پلوتو، خورشيد بسيار كوچكتر از آن‌چيزي كه اينجا نمايش داده شده است، به نظر خواهد رسيد.

مهندسان طراح سفينه به همين دليل راه‌حل ديگري براي تأمين برق مورد نياز كاوشگر و ابزار نصب شده روي آن انديشيدند. آنها از يك ژنراتور ترموالكتريكي استفاده كردند كه گرماي مورد نياز خود را از واكنشهاي هسته‌اي به دست مي‌آورد. اين ژنراتور هسته‌اي كه به صورت مخفف RTC ناميده مي‌شود توسط مهندسان وزارت نيروي ايالات متحده آمريكا براي اين كاوشگر طراحي و ساخته شده است. چنين تجهيزاتي بايد براي چندين سال قادر به تأمين مداوم چندين كيلووات برق مصرفي دستگاه‌هاي يك كاوشگر فضايي كه به اعماق دوردست فضا فرستاده مي‌شود ، باشند.

نفس بسياري از دانشمندان و دلسوزان محيط زيست از زمان پرتاب چنين سفينه‌هايي كه يك رآكتور هسته‌اي را در خود حمل مي‌كنند تا لحظه‌اي كه به فاصله امني از زمين برسند در سينه حبس مي‌شود. خطر ناشي از برخورد يك پسماند فضايي يا يك سنگ آسماني با اين محموله خطرناك در نزديكي جو زمين مي‌تواند يك فاجعه زيست‌محيطي به بار آورد. دانشمندان ناسا نيز با توجه به حساسيت فوق‌العاده چنين مأموريتي تمام جوانب امر را سنجيده و قبل از پرتاب نتايج تحقيقات خود را درباره شرايط گوناگوني كه باعث نشت مواد راديو‌اكتيو به جو زمين شود را منتشر نمودند. به اين ترتيب نه‌تنها آرامش نسبي در جامعه علمي ايجاد شد بلكه فرصت مغتنمي به دست آمد تا ساير كارشناسان نيز به مشورت با مهندسان ناسا بپردازند.


. RTG چيست؟ ...
RTGها كه عموماً براي توليد نيروي برق در فضاپيماهايي با مأموريتهاي ويژه استفاده مي‌شوند، بايد ابزار بسيار قابل اعتمادي باشند و براي سالها انرژي برق مورد نياز سفاين و ايستگاه‌هاي فضايي را تأمين كنند. در اين وسيله گرماي ناشي از شكست طبيعي عناصر سنگين راديواكتيو به مواد سبكتر بر طبق خاصيت ترموالكتريكي به جريان برق تبديل مي‌شود.

يك دستگاه RTG از دو قسمت اصلي تشكيل شده است:

واحد توليد گرما كه ميله‌هايي از جنس دي‌اكسيد پلاتينيوم هستند

واحد توليد الكتريسيته كه مجموعه‌اي از ترموكوپلهايي است تا گرماي ناشي از شكست مولكولهاي پلاتينيوم را به الكتريسيته تبديل كنند.

در سال 1821 يك دانشمند آلماني به نام توماس جوآن سيبِك، كشف كرد كه چگونه مي‌توان با استفاده از يك وسيله ساده، گرما را مستقيماً به الكتريسيته تبديل كرد. او دريافت كه اگر دو ماده رساناي مختلف را در معرض درجه حرارتهاي گوناگوني قرار دهد، اختلاف ولتاژي را به دست خواهد آورد كه به جنس مواد و دمايي كه هر كدام از آنها در معرض آن واقع شده‌اند بستگي دارد.
از اين يافته امروزه استفاده‌هاي بي‌شماري مي‌شود كه عموماً در زمينه حرارت‌سنجي است.


از‌آنجاييكه اين وسيله كارآمد قطعه متحركي ندارد و از خاصيت مواد براي توليد جريان برق استفاده مي‌كند و از ديگر سو مي‌تواند براي سالها به كار خود ادامه دهد، بسيار مورد توجه مهندسان متخصص ساخت فضاپيماها و ماهواره‌ها است.در يك RTG چندين ترموكوپل مجزا به توليد برق مشغول هستند كه در هر كدام اتصال گرم انرژي لازم را از حرارت ناشي از شكست اتمي يك ماده راديواكتيو نظير پلوتونيوم به دست‌ مي‌آورد و اتصال سرد با قرار دادن سر ديگر ترموكوپل در فضاي لايتناهي مهيا مي‌شود.

بيش از چهل سال است كه RTGها در مأموريتهاي فضايي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. تا به حال در 25 مأموريت فضايي شامل 6 پرواز آپولو به سمت ماه، دو مأموريت فضاپيماهاي پاييونير براي بررسي مشتري و زحل (كيوان)، دو مريخ‌نشين وايكينگ، دو مأموريت فضاپيماهاي ويجر به خارج از منظومه شمسي، فضاپيماي گاليله كه به سمت مشتري رفت، كاوشگر اويسِز كه مأمور بود تا قطبهاي خورشيد را مشاهده و بررسي نمايد و در نهايت مأموريت كاسيني-هويگنز براي مشاهده مجموعه زحل و اقمارش از اين دستگاه به منظور توليد جريان برق مورد نياز استفاده شده است.

ماژول RTG كاوشگر افقهاي نو كه از 68 ميله سراميكي دي‌اكسيد پلوتونيوم238 به وزن تقريبي 11 كيلوگرم ساخته شده است، مي‌تواند بالغ بر 213 وات انرژي الكتريكي توليد كند.
منبع : Power of New Horizons
از سایت spacescience.ir