Žádná kosmická sonda se neobejde bez elektrické energie. Bez ní nefungují vědecké přístroje, řídící počítače ani komunikace se Zemí. V menších vzdálenostech od Slunce tento problém vyřeší solární panely. Ovšem čím více se od naší hvězdy vzdalujeme, tím pochopitelně dopadá na naše panely méně fotonů. Abychom udrželi požadovanou produkci elektřiny, musíme zvětšovat plochu fotovoltaických ploch. Ovšem to s sebou nese řadu komplikací. Vhodnější je proto použít jiné zdroje elektrické energie – sondy jako Cassini, New Horizons, nebo Curiosity sází na radioizotopový termoeletrický generátor. Za několik let jsme se měli dočkat jeho nástupce, ovšem NASA nyní celý projekt ukončila.
Než se budeme věnovat zastavenému projektu ASRG, řekneme si nejprve, jak funguje v současné době používaný MMRTG. Radioaktivní materiál je zde ve formě peletek oxidu plutoničitého (používá se plutonium-238). Přirozeným radioaktivním rozpadem těžkých jader vzniká alfa záření, které díky své nízké energii snadno zachytí i tenká vrstva kovu. Jednotlivé topné elementy tedy produkují teplo a to se pomocí polovodičových termočlánků převádí na elektrickou energii. Již zmíněné vozítko Curiosity tak nese na své palubě necelých 5 kg radioaktivního paliva. New Horizons má celých 11 kg a Cassini disponuje dokonce 33 kilogramy.
Zdroj: http://solarsystem.nasa.gov/
Jenže plutonium-238 začalo docházet a Amerika v čele s NASA a ministerstvem energetiky rozjela nový projekt označovaný zkratkou ASRG – Advanced Stirling Radioisotope Generator. Tento nový typ získávání elektrické energie měl podobně jako výše popsaný MMRTG využívat teplo z radioaktivního rozpadu. Rozdíl je ale v tom, že u ASRG se k finální přeměně na elektrickou energii neměly použít polovodičové termočlánky, ale tzv. Stirlingův motor.
Tento poměrně málo známý mechanismus vychází ze vzájemného působení dvou pístů, které svým pohybem reagují na rozpínání (stlačování) plynů za sebou. Stačí zajistit zdroj tepla a chladu a Stirlingův motor může spolehlivě pracovat. V případě ASRG měly písty oscilovat s frekvencí 102 kmitů / sekundu. Vnější píst měl navíc plnit roli elektromagnetu, jelikož by osciloval uvnitř cívky. Právě tím mělo být dosaženo produkce elektrické energie. Lépe než kostrbatý slovní popis v tomto případě poslouží video.
ASRG by měl proti tradičním termoelektrickým generátorům velkou výhodu v tom, že by potřeboval mnohem méně paliva. Celý projekt počítal s vytvořením univerzálního elektrického zdroje, kterému by stačil pouhý jeden kilogram pracovní látky pro zajištění dodávek 140 W po dobu minimálně 14 let. První finální exemplář měl vzniknout v roce 2016 a poprvé měl do kosmu letět na nějaké nízkonákladové sondě. NASA se zdrojem ASRG v ostrém provozu počítala třeba pro sondu TiME, která se měla plavit po uhlovodíkových jezerech na saturnově měsíci Titan. ASRG měl zajišťovat i energii pro sondu Comet Hopper, která měla poskakovat po jádru komety Wirtanen.
Zdroj: http://www.grc.nasa.gov/
Během minulého týdne ovšem přišla zpráva, že NASA zastavuje práce na celém projektu ASRG a ruší kontrakt uzavřený se společností Lockheed Martin. Důvody jsou tři. Velkou roli pochopitelně hrají peníze a NASA za současného stavu musí dobře rozmýšlet každý dolar. Druhý důvod souvisí s tím, že se letos v dubnu podařilo dojednat znovunastartování produkce plutonia-238, které bude stát 100 milionů dolarů. O výrobu se bude starat závod v Oak Ridge, jehož brány by měly ročně opustit minimálně 1 kilogram plutonia (viz náš starší článek).
Zdroj: http://rack.0.mshcdn.com/
Díky tomu NASA nebude muset s palivem šetřit a bude jí stačit využívat stávající technologii MMRTG. Množství plutonia by mělo stačit i pro nástupce vozítka Curiosity, tzv. rover 2020. Momentálně je v USA k dispozici 17 kg plutonia-238, přičemž je jasné, že vždy musí ve skladech zbýt něco „pro strýčka Příhodu“. Třetím důvodem je pak to, že mise, které měly ASRG využívat se odsunuly na později, takže není kam spěchat.
Ale každá mince má svůj rub i líc. Projekt neumřel úplně. Podařilo se zachovat alespoň práce na vylepšeném Stirlingově motoru, který by využíval nejaderné zdroje tepla. Existuje tedy určitá naděje, že v budoucnu by pak stačilo tento systém přizpůsobit pro potřeby plutonia. Jistě, nebylo by to tak elegantní, jako kdyby se ASRG projektoval od začátku jako celek, ale na druhou stranu lepší než nic.
Zdroje informací:
http://www.planetary.org/
http://www.kosmo.cz/
http://www.kosmonaut.cz/
Zdroje obrázků:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5e/ASRG_Labeled_Cutaway_%28English%29.jpg
http://solarsystem.nasa.gov/images/asrg2.jpg
http://rack.0.mshcdn.com/…/31065b6b/3c2/Mars-Rover-2020.jpg
Stirlingův motor je fajn hračka, ale montovat takový mechanický tepelný stroj na dlouhodobě fungující kosmickou sondu je šílenost. To tam můžou rovnou dát parní turbínu s lepší účinností, nižší vahou a s menšími vibracemi.
Je dobře že to nevyšlo, NASA by nakonec i u robotických sond mohla zabřednout do slepé uličky, stejně jako v pilotované kosmonautice s raketoplánem.
Ono už po úspěchu fotovoltaických roverů Spirit a Opportunity přijít s plutoniovým Curiosity byl celkem krok zpět.
Každá komplexnější expedice na Mars, o stálé obydlené základně nemluvě, bude nakonec odkázána na FV panely, posílat tam kila a nakonec tuny plutonia asi nebude to pravé řešení.