Forvandling af udforskning af rummet

University of Leicester står i spidsen for udviklingen af ​​nye energigenereringsteknologier til rumudforskning som en del af et finansieret program fra European Space Agency.

Leicester er en global leder inden for udviklingen af ​​rumkernenergisystemer til elektrisk kraftproduktion, rumfartøjer opvarmning og termisk styring i form af radioisotop termoelektriske generatorer (RTG'er) og radioisotop varmeenheder (RHU'er).

Nu, forskere fra Institut for Fysik og Astronomi's Space Research Center har bygget den første prototype RTG og første RHU beregnet til at udnytte spildvarme fra americium-241. University of Leicester -ledede team har med succes bygget og testet 10 Watt RTG- og 3 Watt RHU -prototyper, der bruger elektrisk opvarmning til at simulere den varme, der genereres af en americium -kilde.

Richard Ambrosi er professor i ruminstrumentering og rumkernekraftsystemer ved University of Leicester og er projektleder ved universitetet.

Han sagde:"For at skubbe grænserne for rumudforskning fremad, innovationer inden for elproduktion, robotteknologi, autonome køretøjer og avanceret instrumentering er nødvendige.

"Radioisotop -strømkilder er en vigtig teknologi til fremtidige europæiske rumundersøgelsesmissioner, da deres anvendelse ville resultere i mere dygtige rumfartøjer, og sonder, der kan få adgang til fjerntliggende, kold, mørke og ugæstfrie omgivelser.

"Missioner, der anvender atomkraft, giver større alsidighed i udfordrende miljøer, med én mission, der leverer den videnskab, der måske kun kan opnås fra flere missioner ved hjælp af solenergi, med betydeligt længere driftslevetider (f.eks. Voyager, Ulysses, Cassini). I mange tilfælde kan nukleare systemer muliggøre missioner, der ellers ville være umulige."

National Nuclear Laboratory (NNL) leder produktionen af ​​americium-241 ved kemisk ekstraktion fra Storbritanniens civile plutoniumbestande, samt udviklingen af ​​americium brændstofpelletformen. NNL vil levere brændstoffet til de kraftsystemer, der udvikles af University of Leicester og partnere.

University of Leicester, sammen med Airbus Defence and Space Ltd, Queen Mary University of London, European Thermodynamics Ltd., Lockheed Martin UK og Fluid Gravity Engineering Ltd. har udviklet og testet en 10 Watt prototype af en radioisotop termoelektrisk generator.

Designet til at blive drevet af americium-241, den modulære RTG vil kunne producere op til 50 W elektrisk strøm. Dette program bygger på den succesfulde udvikling og test af en mindre 4 W lab-baseret RTG-prototype.

European Thermodynamics Ltd. er involveret i udviklingen af ​​den termoelektriske og termiske styringsteknologi i projektet.

Teknisk direktør Kevin Simpson sagde:"Produkter beregnet til rumapplikationer er designet til den højest mulige specifikation. Vi ser frem til at udvikle yderligere energihøstprodukter og integrere denne teknologi i terrestriske applikationer."

Ud over, ved at arbejde med Lockheed Martin UK, Johnson Matthey og National Nuclear Laboratory, Leicester har udviklet og testet en prototype på 3 watt radioisotopvarmer. Dette system er designet til at holde rumfartøjer varme på udfordrende steder.

Professor Ambrosi sagde, at det europæiske rumprogram har fokuseret på americium-241, og at Storbritannien har unikke ressourcer til at opbygge en uafhængig europæisk kapacitet inden for rumkernekraft i et omkostningseffektivt og hurtigt program.

Professor Ambrosi sagde:"I øjeblikket er fokus på to udviklingsprojekter rettet mod opskalering af laboratoriesystemerne til mere flyvningslignende eksperimentelle prototyper. I begge tilfælde, elektrisk opvarmning bliver brugt til at muliggøre udvikling i laboratoriet."

Tony Crawford, medlemmet af Leicester -teamet, der er ansvarlig for montering af prototypen, sagde:"Som chefmekaniker her på Space Research Center er jeg meget glad og stolt over at være en del af dette spændende rumatomkraftprogram. Med en lille, meget motiveret team, vi har brugt vores erfaring i at designe, test og levering af hardware til rumfart til at bygge og teste mange konfigurationer af RTG og RHUunits. Med hvert succesfulde trin i programmet er vi et spændende skridt tættere på at producere en flyvekvalificeret enhed."

Dr. Hugo Williams, ingeniørlederen for projektet, understregede nogle af de materialemæssige udfordringer, som projektet præsenterer:"Rumatomkraft giver nogle spændende materialeudfordringer lige fra materialer, der skal fungere ved meget høje temperaturer og mekaniske belastninger, til termoelektriske materialer; smart materiale, der omdanner den termiske energi til elektrisk energi. Udvikling og karakterisering af disse materialer har potentielle fordele i mange andre applikationer."

Energy harvesting from RHUs using thermoelectric conversion could offer an attractive option for smaller missions where small amounts of electrical power combined with heat sources could open a range of space exploration scenarios.

Professor Ambrosi added that improving the efficient storage and management of the power generated is a challenge that has parallels in terrestrial power generation. These will be essential elements in any future system designs.