Pokładowy system wytwarzania energii kluczem do eksploracji kosmosu
Pokładowy system wytwarzania energii ma kluczowe znaczenie dla dalszej eksploracji Układu Słonecznego. Za orbitą Jowisza, gdzie dostęp do energii słonecznej jest bardzo ograniczony, radioizotopowe systemy energetyczne (RPS) stanowią obecnie jedyne skuteczne rozwiązanie. W tym rodzaju technologii wykorzystującej energię jądrową ciepło używane jest do produkcji energii elektrycznej na potrzeby statków kosmicznych i ich przyrządów naukowych. Produkowane jest ono w drodze naturalnego rozpadu promieniotwórczego plutonu-238. Systemy RPS nie są nowym wynalazkiem. Od ponad pół wieku odpowiadają one za zasilanie dalekich misji Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA). W ramach finansowanego przez UE projektu SPACE TRIPS (Space thermoacoustic radio-isotopic power system) przystąpiono do prac nad europejską technologią RPS. Badacze skupili się przede wszystkim na wytwarzaniu energii elektrycznej za sprawą sprzężenia metody termoakustycznej (TAc) i magnetohydrodynamicznej (MHD). W przeciwieństwie do opracowanej w Stanach Zjednoczonych konwencjonalnej technologii obiegu Stirlinga z wykorzystaniem tłoków, wytwarzanie energii metodą TAc–MHD odbywa się bez udziału elementów ruchomych. Energia termiczna będąca wynikiem rozpadu radioizotopu przekształcana jest w energię mechaniczną w formie wibracji. Wibracje mechaniczne powodują następnie ruch ciekłego metalu w obecności magnesu, który indukuje przepływ prądu, a więc – innymi słowy – elektryczność. W realizację projektu SPACE TRIPS zaangażowali się specjaliści z dziedziny wytwarzania energii metodą TAc i MHD, skupiając się na potwierdzeniu możliwości połączenia obu technik, jako że dotychczas takie sprzężenie nie miało miejsca. Symulacje numeryczne pomogły w zdefiniowaniu specyfikacji systemu zarówno w obrębie poszczególnych komponentów, jak i po ich połączeniu. W ramach tego procesu zespół uwzględnił także wymogi podróży w dalekiej przestrzeni kosmicznej względem tego rodzaju generatora energii elektrycznej. W ostatniej fazie projektu wyprodukowano oraz przetestowano prototyp systemu, aby ocenić pracę niezawierającego elementów ruchomych generatora w technologii TAc–MHD. Skuteczność opracowanego rozwiązania zapewniłaby niezależność europejskim misjom kosmicznym. Nowy system RPS może również znaleźć zastosowanie w konwersji energii geotermalnej lub ciepła odpadowego na energię elektryczną w sposób nie tylko efektywny, ale i opłacalny.
Słowa kluczowe
Wytwarzanie energii, statek kosmiczny, radioizotopowe systemy energetyczne, SPACE TRIPS, termoakustyczny