As missões espaciais dependem de sistemas de energia que possam funcionar longe da luz photo voltaic e sem manutenção. Os painéis solares lutam no espaço profundo, onde a luz enfraquece com a distância. Essa limitação levou as agências a dependerem de fontes de energia nucleares durante décadas. Estes sistemas, conhecidos como sistemas de energia radioisótopos, têm apoiado silenciosamente missões que operam em todo o Sistema Photo voltaic.Naves espaciais como a Voyager 1 e o rover Perseverance continuam a funcionar usando esta tecnologia. O conceito não é novo, mas os desenvolvimentos em torno de isótopos alternativos estão a atrair atenção renovada. O trabalho liderado pela NASA em colaboração com a Universidade de Leicester sugere uma mudança no tempo de operação das futuras missões. Uma bateria nuclear que poderia durar séculos não é mais apenas teórica.
Baterias nucleares espaciais de plutônio-238: Combustível primário usado em baterias nucleares espaciais
Durante décadas, o plutônio-238 tem sido o principal combustível usado em baterias nucleares espaciais. Conforme relatado, tem meia-vida de cerca de 88 anos, o que significa que sua produção de energia diminui lentamente ao longo do tempo. As missões operadas pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge e pelo Laboratório Nacional de Idaho confiaram neste isótopo para produção e fornecimento. Continua a ser a espinha dorsal dos atuais sistemas de energia do espaço profundo.Naves espaciais como o rover Curiosity continuam a funcionar usando sistemas baseados em plutônio. A decadência constante do isótopo fornece calor suficiente para sustentar instrumentos, sistemas de comunicação e componentes eletrônicos integrados por longos períodos.A produção foi reiniciada após um período de produção limitada, apoiada por esforços coordenados entre laboratórios nacionais. O fornecimento continua cuidadosamente gerenciado devido à complexidade de manuseio e produção do materials.
Amerício-241 e sua meia-vida prolongada
A atenção agora está voltada para o amerício-241 como uma alternativa possível. Sua meia-vida é de cerca de 433 anos, significativamente mais longa que a do plutônio-238. Esta propriedade significa que o isótopo retém energia utilizável por um período muito mais longo. Não produz necessariamente mais potência num determinado momento, mas decai a um ritmo mais lento.A pesquisa envolvendo o Laboratório Nacional de Los Alamos está focada na melhoria dos métodos de produção e na avaliação de segurança e desempenho. Estudos iniciais sugerem que pode ser adequado para missões de longa duração onde é necessária maior disponibilidade de energia. De acordo com os relatórios da NASA, o Amerício-241 ainda está em testes. Não substituiu o plutônio em espaçonaves operacionais. O processo de avaliação inclui estabilidade do materials, eficiência de produção de calor e confiabilidade a longo prazo sob condições espaciais.
Como as baterias nucleares geram energia
Os sistemas de energia de radioisótopos, comumente chamados de RPS, utilizam a degradação pure dos radioisótopos. À medida que o radioisótopo se degrada, é produzido calor. Este calor é então aproveitado para produzir eletricidade através de meios especializados. Este processo é contínuo, ou seja, não é feita recarga nem depende do sol. Pode funcionar no escuro, no frio ou em condições extremas.Dentro do sistema de energia do radioisótopo, o radioisótopo está em estado cerâmico sólido. Isto minimiza os perigos enquanto mantém o radioisótopo estável. O calor produzido é então transferido para um conversor, que então utiliza o calor para produzir eletricidade. A eletricidade produzida é constante, não pulsante. Estas são fontes de energia pequenas, confiáveis e duradouras, mais adequadas para missões onde a confiabilidade é elementary, e não a quantidade de energia produzida.
Conversores Stirling de pistão livre em baterias nucleares espaciais
O calor produzido pelo decaimento radioativo deve ser convertido em energia elétrica útil. A conversão é feita usando conversores Stirling de pistão livre. Os conversores Stirling de pistão livre possuem peças móveis que flutuam no sistema. As partes móveis são acionadas pelas diferenças de temperatura e o movimento é convertido em eletricidade. O sistema foi projetado para ter menos desgaste e os componentes flutuarem no sistema, tornando-o adequado para uso a longo prazo em microgravidade.Os conversores Stirling de pistão livre foram testados e os resultados mostram que o sistema pode funcionar por longos períodos sem manutenção. Segundo os relatórios, o sistema pode funcionar continuamente por mais de uma década.
