Jak už bývá v tomto seriálu zvykem, dnes se opět podíváme na zoubek technologii, která je zatím v plenkách a nedá se u ní v blízké době čekat praktické uplatnění. Přesto však v sobě ukrývá potenciál a proto NASA podporuje její prvotní rozvoj. Ten už prošel první fází podpory a nyní je ve druhém kole. Jeho tvůrci chtějí pokračovat v započaté práci na vývoji a demonstraci proveditelnosti revolučního zdroje energie pro mise k vnějším planetám s využitím nového způsobu tepelné přeměny energie, termoradiativního článku (TRC – thermoradiative cell).

Technologie funguje v podstatě jako fotovoltaický článek, jen obráceně. TRC přeměňuje teplo z radioizotopového zdroje na infračervené záření, které je vysíláno do chladného vesmíru a při tomto procesu je vyráběna elektřina. V první fázi inženýři dokázali, že z 62,5 W peletky plutonia 238 je možné získat 8 W elektrického výkonu z univerzálního zdroje tepla pomocí TRC s pásem zakázaných energií 0,28 eV  při teplotě 600 K. Potřebná soustava zahrnuje 1 125 cm² článků TRC, což je něco přes 50 % plochy 6U CubeSatu. Při hmotnosti (zdroj tepla + TRC) 622 g je možné dosáhnout hmotnostního měrného výkonu 12,7 W/kg, což je více než 4,5násobné zlepšení oproti používaným radioizotopovým termoelektrickým generátorům (MMRTG). Na základě výsledků z první fáze se autoři domnívají, že zde existuje ještě mnohem větší potenciál, který lze odhalit.

Při použití materiálů III-V s nízkou propustností (jako je InAsSb) v nanostrukturovaných polích k omezení potenciálních ztrátových mechanismů lze podle prvních odhadů dosáhnout 25násobného zlepšení hmotnostního měrného výkonu a čtyřnásobného snížení objemu oproti MMRTG. V závislosti na provozních podmínkách je možné dosáhnout vyššího výkonu. Technologie TRC umožní rozšíření malých univerzálních sond s požadavky na výkon, které nesplňují fotovoltaická pole nebo objemné a neefektivní systémy MMRTG. To přímo umožní mise malých družic k vnějším planetám i činnosti v trvalém stínu, například v polárních měsíčních kráterech.

Studie ve druhé fázi prostuduje termodynamiku a realizovatelnost vývoje radioizotopového termoradiativního zdroje energie se zaměřením na velikost, hmotnost a výkon systému, přičemž bude pokračovat integrace účinků potenciálních mechanismů ztráty výkonu a účinnosti vyvinutých ve fázi I. Experimentálně budou pěstovány materiály a zařízení TRC, včetně supermřížek typu II na bázi InAsSb pomocí epitaxe z kovových anorganických par (MOVPE) s cílem zaměřit se na materiály s nízkým rozpětím s potlačenou Augerovou rekombinací. Budou testovány kontakty mezi kovem a polovodičem, které jsou schopny přežít požadované zvýšené teploty. Zařízení TRC budou testována na výkon při zvýšené teplotě v chladném prostředí ve vakuu v modifikovaném testovacím kryostatu vyvinutém v první fázi.

Na závěr proběhne analýza radioizotopového termoradiativního konvertoru pro napájení mise CubeSat k Uranu. Součástí bude inženýrská studie návrhu referenční mise s týmem inženýrů Compass v Glennově výzkumném středisku NASA s odbornými znalostmi o dopadu nových technologií na návrh sond v kontextu celkové mise, zahrnující všechny inženýrské obory a kombinující je na systémové úrovni. Nakonec má být vypracován technologický plán pro nezbytné součásti TRC, které mají pohánět budoucí misi.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/04/radioisotope-thermoradiative-cell-power-generator.jpg