Radial kerne varmespreder for at forbedre Stirling radioisotopgeneratorens varmeafvisning

NASA Glenn Research Center er ved at udvikle den næste generation af Stirling Radioisotope Generators (SRG'er) til at drive deep space science-missioner. Et potentielt teknologiskløft er metoden til afvisning af spildvarme til Stirling-konvertere med højere effekt. Den tidligere 140W Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) brugte en kobberlegeringsledningsflange til at overføre varme fra konverteren til generatorhusets radiatoroverflade. Ledningsflangen ville medføre en betydelig masse- og termisk ydeevnestraf for større Stirling-systemer. Radial Core Heat Spreader (RCHS) er en passiv tofaset termisk styringsenhed udviklet til at løse dette problem ved at bruge vanddamp i stedet for kobber som varmetransportmedie.

RCHS er en hul, fordybning af titanium-skive, der bruger kogende og kondenserende vand til at overføre varme radialt fra midten, hvor Stirling-konverteren ville være placeret, til den ydre diameter, hvor generatorhuset ville fæstne sig. Den eksperimentelle RCHS vejer omkring 175 gram og er designet til at overføre 130 W (termisk) fra navet til perimeteren. Den fungerer ved en nominel temperatur på 90°C med et brugsområde mellem 50 og 150°C. Til test, Stirling-konverteren blev erstattet af et elektrisk varmeelement, og generatorhuset blev udskiftet med en varmeabsorber.

To parabolske flyvekampagner og en suborbital flyvetest gav essentielle data i flere tyngdekraftsmiljøer for at evaluere den termiske ydeevne af RCHS. De parabolske flyvninger fandt sted i løbet af 2013 og 2014. Suborbitalflyvningen fandt sted den 7. juli, 2015 og inkluderede to RCHS-enheder, en parallel og en vinkelret i forhold til affyringsvektoren. Black Brant IX-raketten leverede RCHS-nyttelasten til en højde på 332 km med over otte minutters mikrotyngdekraft. Formålet med dette eksperiment var at afgøre, om RCHS kunne fungere under alle missionsfaser. Da SRG'er forsynes med brændstof og fungerer før lanceringen, det er afgørende, at korrekt termisk styring opretholdes under 1-g jordhåndtering, hyper-g lancering, og mikro-g rummiljøer. Testresultater bekræftede, at RCHS kunne tolerere gravitationstransienterne under den suborbitale flyvning, mens den overfører den termiske effekt, der er nødvendig for at holde en Stirling-konverter inden for dens foreskrevne temperaturgrænser.

Den flyvetestede RCHS er en fjerdedel af massen af ​​den avancerede ASRG kobberledningsflange, og giver forbedret varmeoverførsel for at minimere termisk modstand. Efterhånden som Stirling-konverterens effektniveau stiger, massebesparelserne og fordelene ved varmetransport fra RCHS vil stige betydeligt. Den sonderende raketflyvningstest viste, at RCHS kunne opretholde korrekt termisk kontrol under hypertyngdekraft og mikrotyngdekraft uanset orienteringen af ​​enheden i forhold til affyringskræfterne.

RCHS har nået et Technology Readiness Level (TRL) på seks til brug i Stirling-strømsystemer gennem strenge tests i en lang række miljøer, herunder lancering, mikrogravitation, og termisk vakuum. Hvis teknologien blev vedtaget i næste generation af SRG, yderligere integreret systemtest vil være påkrævet.